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简析运放自激振荡的补偿

发布时间:2018-07-16 责任编辑:lina

【导读】本文来介绍一下运放自激的相关知识,首先先了解一下运放的相位补偿,运放的相位补偿是为了让运放能够正常工作,常在电路中的输入与输出之间加一相位补偿电容。


运放的相位补偿 
为了让运放能够正常工作,电路中常在输入与输出之间加一相位补偿电容。
 
1, 关于补偿电容 
理论计算有是有的,但是到了设计成熟阶段好象大部分人都是凭借以前的调试经验了,一般对于电容大小的取值要考虑到系统的频响(简单点说加的电容越大,带宽越窄),然后就是振荡问题;如果你非要计算,可以看看运放的输入端的分布电容是多大,举个例子,负反馈放大电路就是要保证反馈电阻的阻值和分布电容的乘积=输入端的那个电阻阻值和你要加的电容的乘积。
 
2, 两个作用 
1)改变反馈网络相移,补偿运放相位滞后 
2)补偿运放输入端电容的影响(其实最终还是补偿相位)
 
因为我们所用的运放都不是理想的。 
一般实际使用的运算放大器对一定频率的信号都有相应的相移作用,这样的信号反馈到输入端将使放大电路工作不稳定甚至发生振荡,为此必须加相应的电容予以一定的相位补偿。在运放内部一般内置有补偿电容,当然如果需要的话也可在电路中外加,至于其值取决于信号频率和电路特性。
 
 
运放输入补偿电容 
一般线性工作的放大器(即引入负反馈的放大电路)的输入寄生电容Cs会影响电路的稳定性,其补偿措施见图。放大器的输入端一般存在约几皮法的寄生电容Cs,这个电容包括运放的输入电容和布线分布电容,它与反馈电阻Rf组成一个滞后网络,引起输出电压相位滞后,当输入信号的频率很高时,Cs的旁路作用使放大器的高频响应变差,其频带的上限频率约为:
 
ωh=1/(2πRfCs)
 
若Rf的阻值较大,放大器的上限频率就将严重下降,同时Cs、Rf引入的附加滞后相位可能引起寄生振荡,因而会引起严重的稳定性问题。对此,一个简单的解决方法是减小Rf的阻值,使ωh高出实际应用的频率范围,但这种方法将使运算放大器的电压放大倍数下降(因Av=-Rf/Rin)。为了保持放大电路的电压放大倍数较高,更通用的方法是在Rf上并接一个补偿电容Cf,使Rin Cf网络与Rf Cs网络构成相位补偿。Rin Cf将引起输出电压相位超前,由于不能准确知道Cs的值,所以相位超前量与滞后量不可能得到完全补偿,一般是采用可变电容Cf,用实验和调整Cf的方法使附加相移最小。若Rf=10kΩ,Cf的典型值丝边3~10pF。对于电压跟随器而言,其Cf值可以稍大一些。
 

运放输出电容的补偿 
对于许多集成运算放大电路,若输出负载电容CL的值比100pF大很多,由于输出电容(包括寄生电容)与输出电阻将造成附加相移,这个附加相移的累加就可能产生寄生振荡,使放大器工作严重不稳定。解决这一问题的方法是在运放的输出端串联一个电阻Ro,使负载电容CL与放大电路相隔离,如图所示,在Ro的后面接反馈电阻Rf,这样可以补偿直流衰减,加反馈电容Cf会降低高频闭环电压放大倍数,Cf的选取方法是:使放大电路在单位增益频率fT时的容抗Xcf≤Rf/10,又Xf=l/(2πfTCf),一般情况下,Ro=50~200Ω,Cf约为3~10pF。
 
除了上述不稳定因素之外,还存在其他一些不稳定因素,有些是来自集成芯片自身。有些是源于系统电路(例如电源的内阻抗的耦合问题)。有时使用很多方法都难以解决不稳定问题,但采用适当的补偿方法后可使问题迎刃而解。例如。当放大器不需要太宽的频带和最佳转换速率时,对集成运放采用过补偿的方法会取得很好的效果,如将补偿电容增加9倍或为实现稳定性所需要的倍数,对μA301型运放而言,其效果一般都较好。


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