电压反馈型运放常规补偿设计方法

 1 概述

        最稳定的电路具有最长的响应时间、最小的带宽、最高的精度和最小的过冲，而最不稳定的电路具有最快的响应时间、最大的带宽、最低的精度和一定量的过冲。

        电容负载为什么会使运放不稳定？

在系统中形成了新的极点，加剧了信号幅值和相位的衰减速度。

1. 运放外部补偿理由：降低噪声、使幅度响应变得平坦、获取运放最大带宽。

                                        降低噪声：补偿电容与反馈电阻形成低通滤波器减低信号带宽。

        相位裕度增加到90°，频率响应就不会有峰值。

2 主极点补偿

        主要用于运放内部做补偿，外部补偿时寄生电容很多。

        原理：通过引入较低频主极点，拉开与第二极点的距离，使幅频特性曲线以-20Db的斜率穿过0Db增益线，保证系统稳定。

3 增益补偿

        电压反馈运放可通过改变闭环增益而使得电路变得稳定，这种补偿不能用于电流反馈运放，因为电流反馈运放环路增益与理想闭环增益之间不存在某种数学关系。

    通过增加闭环增益，降低反馈因子，环路增益下降，环路增益曲线如上图，将向下平移，使环路增益尽量按-20db速度穿过0db增益线，提高系统的稳定性。

        也就是为什么未补偿的运放有最小稳定增益使用要求，这类运放成为decompensation Amplifier，如OPA859

4 超前补偿

        有时候，运放的封装和连线所引起的分布电容会迫使电路设计者使用超前补偿的方法。

        图中C往往是由印制板上的连线与地线平面之间的分布电容组成。但是电容C与RF并联是一种稳定运放和减小噪声的好方法。

超前补偿电路环路增益：

        补偿电容对环路引入了一个极点和一个零点，零点总出现在极点之前因为RF＞RF||RG。当这个零点与t2极点的相移起到抵消的作用，使得伯德图继续以-20Db的斜率下降。

5 补偿衰减器用于运放

        具有很大输入电阻和反馈电阻的运放，会由于反相输入端上的杂散电容而容易变得不稳定。

具体推导过程

RF*CF = RG * CG时，电路增益只与反馈电阻比例有关系，与补偿寄生电容没有关系

6 超前滞后补偿

超前滞后补偿可以使电路变得稳定，而且不会牺牲闭环增益性能，这种方法经常用于未补偿运放（decompensation Amplifier），以得到极好的高频性能。环路增益：

7 各种补偿方法比较

增益补偿：提高闭环增益，降低环路增益，提高系统稳定性。

超前补偿：限制电路带宽，降低闭环增益

超前滞后补偿：

补充说明材料

观察一下典型超前环节的伯德图：（以为例）

可见这个环节确实可以在特定频率段增加相位，但是同时也会增加幅值，也就是指最终相位裕度增加的量不会是该环节最大相位值，会稍微损耗一点。

超前补偿:凡是使相移减小的补偿即被称为超前补偿，

滞后调节，其字面含义是相位滞后的一种调节器，却也能提高系统相位裕度，这是如何做到的呢？因为这个调节器主要目的是降低幅值，从而减小穿越频率，提高相位裕度

 滞后补偿:凡是使相移增大的补偿即被称为滞后补偿。

首先观察一下典型滞后环节的伯德图（ ）