ch10 运放频率补偿课件.ppt

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1、第10章运放的稳定性与频率补偿华大信息科学与工程学院1极点与系统稳定性的关系华大信息科学与工程学院2负反馈系统的振荡条件判断系统是否稳定的有力工具是波特图！华大信息科学与工程学院3波特图的画法幅频曲线中，每经过一个极点ωP(零点ωZ)，曲线斜率以-20dB/dec(+20dB/dec)变化。相频曲线中，相位在0.1ωP(0.1ωZ)处开始变化，每经过一个极点ωP(零点ωZ)，相位变化-45°(±45°)，相位在10ωP(10ωZ)处变化-90°(±90°)一般来讲，极点(零点)对相位的影响比对幅频的影响要大一些。利用波特图判断运放稳

2、定性的方法先求得反馈系数F(F一般是一个实数)，在幅频曲线上作直线-20logF，交幅频曲线于点A。过A作垂线交相频曲线于点B,若B点对应的相位ΦB>-180°,则系统稳定,反之不稳定。ΦB与-180°的差值称为相位余度PM。也可以在相频曲线上作直线交相频曲线于点D，过D作垂线交幅频曲线于E，若E点对应的增益AE<-20logF，则系统稳定，反之系统不稳定，AE与-20logF的差值称为增益余度GM。实际中取PM=60°，此时放大器上升时间tS最小。稳定与不稳定系统的波特图华大信息科学与工程学院6运放的稳定性及其判断（例）VinVi

3、nVoVo99k1k右图两个电路是否稳定？若需相位余度PM>45°，幅频特性应如何变化(及零、极点应如何变化)。相位裕度与时间响应的关系华大信息科学与工程学院8相位余度PM与运放闭环响应的关系实际中取Φ=60°，此时放大器上升时间tS最小。VinVo跟随器连接运放的阶跃响应小信号PM＝65,但大信号的时域响应仿真结果与前面分析有差异。这是因为大信号仿真时有的效应在小信号分析中没有体现。华大信息科学与工程学院10单极点系统的波特图华大信息科学与工程学院11多极点系统的波特图华大信息科学与工程学院12运放极点与单位增益带宽GW的关系第

4、一主极点越大，f3dB越宽。第一、第二主极点相离越远，GW越宽。相位裕度与极点的关系-180PM=45华大信息科学与工程学院14频率补偿（1）频率补偿的方法华大信息科学与工程学院15频率补偿（2）华大信息科学与工程学院16单端输出运放的极点图1.输出节点对应的极点是第一主极点2.节点A对应的极点是第二主极点，一般该节点的寄生电容和小信号输入电阻比X、Y、N都大3.节点N、X(Y)对应的极点很难断定谁大谁小，一般同属一个数量级，节点X、Y只产生一个极点。华大信息科学与工程学院17单端输出运放的波特图及补偿显然，PA严重影响了带宽。华

5、大信息科学与工程学院18更高输出电阻时的波特图增加输出电阻虽然使第一主极点前移，但低频增益也同时增大，相频特性只在低频段发生变化，相频特性PM没有发生任何变化。华大信息科学与工程学院19运放的频率补偿（例1）假定在单位增益带宽GB(f0dB)内只有一个主极点fP1，求低频增益A0、f0dB与fP1的关系。由单位增益的定义可知：显然fP1越大，GB(f0dB)越宽。华大信息科学与工程学院20运放的频率补偿（例2）假定一三极点系统A0＝5000,单位增益带宽频率f0dB满足fp1f0dBfp2,若fp2=25M,fp3=50M,

6、求当PM=70°时的单位增益带宽频率f0dB及fp1。由前面推导可得:华大信息科学与工程学院21相位裕度与极点的关系（例）若运放有三个极点，没有零点，最高极点比GB高10倍，要达到60°相位裕度，P2必须比GB高2.2倍。若运放有两个极点，没有零点，要得到60°相位裕度，P2必须比GB高1.73倍。若运放有两个极点和一个RHP零点，零点比GB高10倍，要得到45°相位裕度，P2必须比GB高1.22倍，要得到60°相位裕度，P2必须比GB高2.2倍。华大信息科学与工程学院22全差动套筒式运放的频率特性华大信息科学与工程学院23Casc

7、ode电流镜内部节点处寄生电容的影响请注意,Zout与负载电容的并联仍保持为单极点，即节点N的极点与输出节点的极点是合并的，而不是两个极点。只是这个合并的极点比输出极点稍低一点，其时间常数为输出节点的时间常数与r07CN之和。华大信息科学与工程学院24两极运放的密勒补偿（1）华大信息科学与工程学院25两极运放的密勒补偿（2）一种两级运放的简化电路华大信息科学与工程学院26密勒补偿的极点分裂现象（1）华大信息科学与工程学院27密勒补偿的极点分裂现象（2）假定CC=CGD当CC>>CE时:华大信息科学与工程学院28密勒补偿的极点分裂现象

8、（3）补偿后，在关心的频率内CC近似于短路，输出电阻约为1/gm9//RL1/gm9。第二主极点提高了约gm9RL倍。华大信息科学与工程学院29放大器零点的产生华大信息科学与工程学院30零点与相位裕度的关系华大信息科学与工程学院31