131227第10章运放的稳定性与频率补偿.ppt

更高输出电阻时的波特图 注意：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，相位裕度PM没有发生任何变化。 1.根据135度向上画线确定ωP,A 2.从ωP,A开始以20dB/dec斜率向原点作直线，确定新的主极点ω’P,out 3. ω’P,out=(ROUTC’L)-1,确定负载电容 此时，运放的单位增益带宽等于第一非主极点频率。 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。 运放的频率补偿（例2） 假定一个三极点系统A0＝5000, 单位增益带宽频率f0dB满足 fp1??f0dB??fp2, 若fp2=25M, fp3=50M, 求当PM=70°时的单位增益带宽频率f0dB 及 fp1 。 由前面推导可得: 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。 全差动套筒式运放的频率特性 这种结构避免了镜像极点和结点N的极点，因此对于更大的带宽表现出稳定特性 主极点 非主极点 ？ Cascode 电流镜内部结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，即结点N的极点与输出结点的极点是合并的，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，其时间常数为输出结点的时间常数与r07CN之和。 这种结构避免了镜像极点和结点N的极点，因此对于更大的带宽表现出稳定特性 第10章 运放的稳定性与频率补偿 10.1 概述 10.2 单极点与多极点系统 10.3 频率补偿 10.4 两级运放的补偿 10.5 其他补偿方法 两极运放极点分析 要得到最大的输出电压摆幅，必须采用两级结构。 第一级呈现高输出阻抗 第二级提供适当的增益 三个极点，考虑对称一边： X:在较高的频率处 A:小信号电阻低，CL可能很大 E:小信号电阻高 结论： A和E的极点均靠近原点，进而可能产生两个主极点， 相位接近-180度，相位裕度可能接近于0 补偿：其中一个极点向原点移动，而第二主极点会影响单位增益带宽 两极运放的密勒补偿（1） 方法：密勒补偿，也就是在结点E建立一个大电容，把相应的极点前移 结果：以一个中等的电容器的值建立了一个低频极点并且会使输出极点向远离原点的方向移动，叫做极点分裂 两极运放的密勒补偿（2） 为研究极点分裂现象，看一下输出部分的两级运放的简化电路。 Rs第一级输出电阻 RL=ro9||ro11 经过了密勒补偿CC后： 则 经过了密勒补偿CC后建立了一个低频点 两极运放的密勒补偿（3） 密勒补偿会把输出极点向离开原点的方向移动。这种效应叫极点分裂。为研究此现象，看一下输出部分的两级运放的简化电路。 Rs第一级 RL=ro9||ro11 密勒补偿的极点分裂现象（1） 密勒补偿的极点分裂现象（2） 假定CC=CGD 当CCCE时: ω＝2?f 密勒补偿的极点分裂现象（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。 补偿前 总的来说，密勒补偿使两级间极点向原点移动，使输出极点向离开原点的方向移动，提供了比较大的带宽。 放大器零点的产生 前面并未考虑零点的影响。根据前面的计算该电路存在零点 零点与相位裕度的关系 由于各极点在左半平面，右半平面的零点贡献了更大的相移，使相位交点向原点移动。 右半平面的零点减缓了幅值的下降，因而使增益交点外推，更远离原点，进而降低了稳定性 因此要消除 RHP 零点的消除方法（1） VE 方法一：增加一个与补偿电容串联的电阻Rz，进而改善零点的频率，分析见右端。 当gm9-1＝RZ， fZ ＝?，零点在无穷远处，即零点被消除了！ RHP 零点的消除方法（2） 当gm9-1RZ， 零点移到左半平面，若满足下面条件，则以前的第二个极点就和该零点对消了，即以前的第二个极点消除了！ 上式假定CECL+CC 该零、极点对消技术的缺点是RZ是负载电容CL的函数，当负载电容未知或变化时，这种技术较难实现。 RHP 零点的消除方法（3） 跟踪温度和工艺而生成Vb的电路 方法二：增加一个与补偿电容串联的电阻Rz，由此确定gm9 串联MOS管器件M13和M14,根据ID9适当选择I1： gm9-1＝RZ 零点和极点抵消时 :