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运算放大器的频率补偿运算放大器的频率补偿 第十八讲第十八讲问题问题1：为什么要对运放进行频率补偿？：为什么要对运放进行频率补偿？运放的频率补偿o基本概念n基本的负反馈系统A是放大器，和无关o当环路增益 ，闭环增益无限大，电路振荡。o振荡条件（巴克豪森判据）则传递函数为n 负反馈本身有180度相移，所以，环路总相移为360度2022/10/29概述5o增益交点、相位交点n基本概念：相位交点：PX，相位=-180时的角频率。增益交点：GX，增益=1时的角频率。n 稳定条件：相位=-180时，增益1，振荡；增益=1时，相位-180，稳定。2022/10/29概述6o稳定条件：增益交点GX相位交点PX 在一般反馈电路的处理中，F小于或等于1，且与频率无关；当F1，幅值曲线会下移，增益交叉点会向原点方向移动，系统更易稳定。因此，常分析FA=A的相位图和幅值图（开环状态下）。2022/10/29概述7o波特（Bode）图1、在每个零点频率处，幅值曲线的斜率按20dB/dec变化；在每个极点频率处，其斜率按20dB/dec变化。2、对一个在左半平面的极点（零点）频率m，相位约在0.1 m处开始下降（上升），在m处经历45（45的变化，在大约10 m处达到90（90）的变化。右半平面的情况，反之。右半平面的零点对反馈系统的稳定性更加有害，因为它提高增益，但延迟相位。2022/10/29概述8o极点位置与稳定性的关系每个极点频率表示为sp=j+p，冲击响应如图2022/10/29概述9o单极点系统单极点系统是稳定的。因为增益交点GX10GB10GB2022/10/29二级运放设计实例39o设计步骤n0.确定正确的电路偏置，保证所有晶体管处于饱和区。为保证良好的电流镜，并确保M4处于饱和区（S Sx x=W=Wx x/L/Lx x）I I6 6=I=I7 72022/10/29二级运放设计实例40o设计步骤（续）n1.根据需要的PM60deg求Cc（假定z10GB）n2.由已知的Cc并根据转换速率的要求（或功耗要求）选择ISS（I5）的范围；n3.设计W3/L3（W4/L4）满足上ICMR（或输出摆幅）要求；n4.验证M3处镜像极点是否大于10GBn5.设计W1/L1（W2/L2）满足GB的要求n6.设计W5/L5满足下ICMR（或输出摆幅）要求；2022/10/29二级运放设计实例41o设计步骤（续）n7.根据p2 计算得到gm6；并且根据偏置条件VSG4=VSG6计算得到M6的尺寸n8.根据尺寸和gm6计算I6，并验证Vout,max是否满足要求n9.计算M7的尺寸。并验证Vout,min是否满足要求；n10.验证增益和功耗n11.若增益不满要求，降低I5和I6或提高M2、M6尺寸等措施，但重复以上步骤进行验证。n仿真验证