运算放大器的频率补偿.pptVIP

极点位置与稳定性的关系每个极点频率表示为sp=jω+σp，冲击响应如图单极点系统是稳定的。因为增益交点GX相位交点PX单极点系统两极点系统是稳定的两极点系统三极点系统可能是不稳定的。附加的极点（和零点）对相位的影响比对幅值的影响更大。↓β三极点系统第二部分相位裕度及其与稳定性关系相位裕度*相位裕度*得到稳定的边缘情况例如，在GX处，相位=-175°相位裕度（PM）：定义为PM=180°+∠FA(ω=ω1)其中，ω1为增益交点频率（单位增益带宽。相位裕度PM对应的系统的总的相位应为∠FA=PM－180°，对应的频率则为系统的截止频率ω1，而此时所对应的幅值为0dB，即|FA|＝1。根据第八章的内容可知系统的闭环增益为：上式两边求模就可得到在ω＝ω1时系统闭环增益的幅值：0102相位裕度PM与系统的闭环增益之间的关系:稳定相位裕度由于在深度反馈时系统在低频时的闭环增益为|Y/X|≈1/F，所以有：由上式可以看出其比值随exp(j∠FA)的增大而增大，也即随PM的增大而减小，PM越大系统越稳定。壹贰稳定相位裕度相位裕度对反馈系统稳定性的影响(教材181页）当PM=45°时，当PM=60°时，当PM=90°时，相位裕度PM与系统的闭环增益之间的关系1当PM＜60°时，上式的值大于1，即表示在ω＝ω1处系统的闭环频率响应存在一个尖峰，这表示该系统稳定，但可能还存在减幅振荡。2当PM＝60°时，上式的值为1，表明此时在系统的闭环频率响应中频率峰值已不存在。这表示反馈系统的阶跃响应出现小的减幅振荡现象，系统稳定而且快速。所以通常认为PM=60°是最合适的相位裕度。3当PM＞60°时，系统虽然很稳定，但是其时间响应速度减慢了。由上式可以看出：稳定相位裕度频率补偿*频率补偿*增大PM的方法减少极点数减小带宽单级运放的频率补偿*频率补偿*极点位置：主极点Vout—电容最大镜像极点A—寄生电容大极点N—寄生电容较大（PMOS）极点X/Y—寄生电容较小（NMOS）单级运放的频率补偿（续）Bode图，F＝1(最坏情况下、开环情况下）降低GX??通过降低主极点频率，降低GX??主极点只影响幅频曲线可通过增加负载电容，降低主极点。提高PX??PX和A、N等极点位置有关降低A、N、X/Y点的寄生电容高频应用时，L↓主极点应如何调整呢？单级运放的频率补偿（续）将相位裕度设定为45?，主极点应如何调整呢？图1补偿前幅频特性曲线图2补偿后幅频特性曲线增加负载电容，即调整主极点，负载电容以因子ωp,o/ω’p,o而增大03040201单级运放的频率补偿（续）*频率补偿*特别注意一个结论，如下图所示，单位增益带宽即为第一非主极点,此时的相位裕度为45?。第一非主极点、单位增益带宽、相位裕度的关系？PM的设计(补充材料）设极点fp3….fN远大于单位增益带宽GBW03频率补偿02设单位增益带宽GBW,极点fp1、fp2….fN01PM的设计相位裕度PM设计01合理设计02第一非主极点越大，相位裕度越大！03↑Rout→AV↑，因此虽然ωp，out=(RoutCL)-1,但增大Rout并不能对运放进行补偿单级运放的频率补偿（续）总结（频率补偿）单级运放主要通过增加负载电容CL，实现频率的补偿。CL的大小、和第一主极点的大小取决于单位增益大小和相位裕度大小。单级运放的频率补偿（续）全差动套筒式运放：没有镜像极点包含一个主极点（输出极点）和一个非主极点（X或Y）PMOS的共源共栅中的极点（N或K）可以和输出极点合并（在教材的183页有阐述具体的理由）。稳定实际应用中运算放大器往往是一个多级放大器，且常使用在闭环状态，为了使能稳定地工作，必须进行频率补偿，频率补偿的电路是使系统的GX小于PX。运算放大器频率补偿的方法主要有两类：一类称为滞后补偿（也称为积分补偿）。另一类为超前补偿（也称微分补偿）。滞后补偿法一般又分为二种：单电容补偿法（密勒电容法）RC补偿法CMOS多级运放的补偿超前补偿法超前补偿法是在放大器中加入超前网络，有意引入零点抵消极点，这在多级放大器中有相应的应用。********响应呈现欠阻尼振荡*90deg时，响应呈现过阻尼振荡大信号时的稳定性要经过时域模拟来确定。**在相同跨导和相同的过驱动电压的情况下，M7（PMOS）的W比M3或M4（PMOS）的W大***GB并不会改变！****只考虑主极点，没有考虑其它极点－－》稳定性？*只考虑主极点，没有考