电压反馈型运算放大器的稳定性分析与补偿技术

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1、电压反馈型运算放大器的稳定性分析与补偿技术整理：李柱炎turnfey@126.com本文整理自“小辉辉”的博客，感谢原作者，出处：http://blog.163.com/thinki_cao/blog/#m=0&t=1&c=fks_084071080095080064087086084095092085088071080094081070Title: StabilityAnalysisofVoltage-FeedbackOpAmpsIncludingCompensationTechniquesby RonMa

2、ncini MixedSignalProductsTILit.# SLOA020A -March2001TexusInstruments摘要      本文阐述了电压反馈型运算放大器（opamp）稳定性的分析方法，这里使用电路的性能作为获得成功设计的标准。这里讨论了内部补偿以及无补偿运算放大器的几种补偿技术。1Introduction      电压反馈型放大器（VFA）已经面世60年左右，从第一天开始，它们就一直成为了电路设计者的一个问题。众所周知，反馈使得它们功能强大且精确，同样的也有一定的趋势使得它们不

3、稳定。运算放大器（opamp）电路通常使用一个高增益的放大器，它的参数是由外部反馈元件决定的。放大器的增益是如此地高以至于没有这些外部反馈元件时，轻微的输入信号就有可能使得放大器的输出饱和。运算放大器是作为通用目的使用的，所以该设定已经经过详细检验，不过结果对于其他电压反馈型电路同样可用。电流反馈型放大器（CFA）与VFA比较相似，不过它们之间的差别非常重要以至于CFA必须在单独的应用笔记中讨论。      稳定性，正如常常在电子电路术语中出现的那样，常常被定义为获得一个不振荡的状态。这是对该单词比较差劲、不

4、精确的定义。稳定性是一个相对项，并且这样的情形使得很多人迷惑因为相对性的判断是非常费力的。在振荡的电路与不振荡的电路之间画线是很容易的，所以我们可以理解为什么有些人认为振荡是稳定与不稳定之间的自然边界。      远在振荡发生之前，反馈电路会有着恶化的相位响应、过冲和振铃，并且这些影响不被电路设计者欢迎。本应用笔记并不着眼于振荡器；因此，相对稳定性在性能方面定义。通过定义，当设计者决定好要做哪些权衡之后，他们能确定电路的相对稳定性是多少。相对稳定性的度量即衰减系数，并且可以在参考1中找到关于衰减系数的相关讨论

5、。衰减系数与相位裕量相关，因此，相位裕量是相对稳定性的另一度量。最稳定的电路有着最长的响应时间、最低的带宽，最高的精度和最小的过冲。稳定性最差的电路有着最快的响应时间、最高的带宽、最低的精度和一些过冲。      放大器是用如晶体管等的有缘元件搭建的。相关的晶体管参数，如晶体管增益等，是受很多方面的漂移和初始不精确性的影响的。因此，由这些元件搭建出来的放大器是受漂移和非精确性影响的。通过使用负反馈，漂移和非精确性可以被最小化或者被消除。运算放大器电路用负反馈使得电路的转移方程独立于放大器参数（几乎是这样的），

6、并且在这过程中，电路的转移函数依赖于外部的无源元件。我们可以买到外部的无源元件来满足几乎任何的漂移和精度要求；只有成本和无源元件的尺寸限制了它们的使用。      一旦反馈被使用在运算放大器上，运算放大器电路就有可能变得不稳定。有些系列的放大器称之为内部补偿的放大器；它们含有内部电容，即有时候称之为防止不稳定。虽然内部补偿的运算放大器在指定的条件下工作不会产生振荡，然而许多放大器仍然有相对稳定性问题，这些问题也说明他们自身存在恶化的相位响应、振铃和过程。唯一绝对稳定的内部补偿的运算放大器即躺在实验室而未上电的

7、放大器！所有其他内部补偿的运算放大器在某些外部电路条件下都会振荡。      非内部补偿或者外部补偿的运算放大器在没有外部使其稳定化元件添加的情况下是不稳定的。这一情况在很多场合中是一大弊端，因为他们需要额外的元件，然而在缺失的内部补偿的情况使得最优秀的电路设计者能够从放大器中榨出最后一滴的性能。你有两个选择：运算放大器由IC生产商内部补偿，或者运算放大器由你外部补偿。补偿，除了由运算放大器生产厂家完成之外，必须从外部对IC进行。令人惊讶的是，内部补偿的运算放大器对于一些要求较高的应用也需要外部的补偿。   

8、   补偿是通过添加外部元件来改变电路转移函数的方式实现的，从而放大器变得无条件地稳定。这里有几种不同的补偿放大器的方法，而且正如你怀疑的那样，每种补偿方法各有利弊。本应用笔记的目的是教会你如何补偿以及如何评估补偿的结果。在运算放大器电路补偿完毕之后，我们必须分析来确定补偿的影响。补偿对于闭环转移函数的修正通常确定了哪一种补偿方案是最有利的。2DevelopmentoftheCircuitEquat