运放的超前补偿

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1、运放的超前补偿作者：克鲁鲁尔TI的运放手册《OpAmpsForEveryone》的第八章“电压反馈运放的补偿”讲过运放的超前补偿，个人觉得讲得不是很明白，以下用几个图和公式来更清楚地说明这个问题，作者水平有限欢迎各位指正。1为什么要超前补偿？一般的超前补偿运放电路如下图所示（以下皆用同相运放来说明）：我们就有疑问了，为什么要加电容C?一言以蔽之，加电容C的目的是为了消除运放输入寄生电容Cs对稳定性的影响。Cs来自哪里?——来自封装的引脚，或者PCB走线，又或者图中Rg的寄生电容。Cs的大小一般在几pF左右。分析的时候

2、可以用一个电容并联在Rg两端来等效该寄生电容，如下图所示：可以初步判断，一旦输入信号Vin的频率较高，C的影响便不可忽略了。下面我们推导上图的开环增益，通过分析开环增益来判断运放的稳定性。(1)(2)(3)其中是运放的增益，注意推导开环增益不能使用“虚短”“虚断”的概念，假设运放的反相输入端2脚断开，通过求Vreturn和Vin的关系可以算出开环增益，综合(1),(2),(3)可以得出：(4)(4)式即是考虑了寄生电容后的开环增益，同样的分析，我们把加了超前补偿的第一个电路图的开环增益也写出来，如(5)式；(5)理想

3、的同相运放开环增益如(6)式所示；(6)一般运放的增益可以用二阶式子代替(假设1/<1/)：(7)比较(4)式和(6)式，加上(7)式，寄生电容带来的影响就可以理解为，开环传函引入了一个新的极点，很显然，它带来了滞后效应，在开环波特图上，如果该极点过于靠近1/，就会导致开环增益穿越0dB时相位裕度不够，引起导致运放的不稳定。同理，比较(5)式和(6)式，超前补偿则可理解为，开环传函引入了一个新的零点和一个新的极点，但是Rf>Rg

4、

5、Rf，所以在波特图上，零点的位置总是在极点位置的左边，位置不是理解的重点，关键是相位，

6、可以发现的相位总是超前的。所以，它的引入就能补偿(5)式中的极点，补偿相位，使运放重回稳定。下面推导引入了补偿的运放的开环传递函数，电路图如下图：由图可知，=对上面的结果进行拉氏变换求得开环传递函数：(8)为了让C2完全补偿掉C1的影响，必须让=，化简后可得补偿的条件：=(9)当然，这只是式子，实际应用中C1并不知道具体值，所以补偿电容得凭经验和实际调试去选择。前面的分析相必都不难，仔细观察(9)式，你会发现什么？如果你了解阻容分压的原理，你会发现，这不就是阻容分压器么？在高频分压的应用场合，一般的电阻分压得不到理想

7、的效果，高频时分压效果甚至很差，这便是寄生电容在高频下不可忽略造成的影响。根据阻容分压器设计结构，原理如图所示　　分压比　　低频分压比高频分压比若要使分压比不变　　=可以推出条件可以发现，这个条件跟咱们超前补偿的条件是一模一样的，有没有发现，知识都是相通的，通过阻容分压器反过来去理解运放的超前补偿，不就是在反馈电阻并联一个电容，使得运放的反馈点的电压不随频率变化，而只随幅值变化么？想必，你已经有更多的理解了吧！