运放参数的详细解释和分析-part17，从开环增益曲线谈到运放稳定性

        接part16还是先从开环增益曲线谈起，开环境曲线为什么在低频时为什么会有一个拐点呢？这个拐点就是运放的主极点。运放内部的电路中也会有多个极点或零点。这个点就是运放内部（三级也好，两级也罢）电路的主极点。如果是三级结构的运放，这个极点一般是由第二级的密勒电容来设定的，下图就是单极点运放的原理图。

        图中Cc就是设定主极点的电容。下图是一个两级他全差分运放的内部电路原理图，在图中找找Cc。它就在M5管子上，并且根据密勒效应放大。

        为什么要引用Cc来设置运放的主极点呢，而不把运放设计成开环增益是恒定值如130dB，那不更接近于理想运放嘛。最主要原因就是，引放这个主极点补偿，可以保证运放的稳定。并且为了稳定，设计工程师会尽量把主极点压低。最早的鼻祖级运放如uA709就是没有内部补偿的，所以需要外部补偿，否则极易产生震荡。

         当然这个极点会引入90度的相移，我们再看一上图中的相位曲线，在10MHz附近又有一个45度的相移呢。这只能用一个条件来解释，就是在这附近还有一个极点，只不过这个极点已经在单位增益带之外了，因此不会引起振荡。但它也会引入一个问题，使运放的相位裕度变低。再看图，我们发现在5.5MHz时，相移好像不只是90度，好像是110度左右。这就使得运放的相位裕度变为70度左右了。

        再深刨几句，分析运放的稳定性时总会分析运放的环路增益Aβ，总会听到这样的话当Aβ=-1时运放总产生震荡。也就是环路中相移达到180度。其中A就是开环增益，而β是放大电路的反馈系数，下图简单的说明了运放的反馈网络和β。

        从根本上讲，就是环路中有两个极点。不幸的是运放中A中已经有了一个极点，引入了90度 (甚至以上的)相移了。再引入一个90度的相移，就不是困难的了。当然这不是我们想看到的。

        环路增益Aβ可以写成，A除以在反馈系数的倒数，1/β其实也就是电路的闭环增益：

       上式还是不好分析，再把上式写成对数形式，这对我们就太有用了。

        这个式子在波特图上表示是什么呢，见下图

         咦，眼熟！对，这张图来源于TI的资深工程师Tim Green写的关于运放稳定性的系列文章中的。图中画双箭头线的区域就是放大电路的环路增益。上面讲到环路增益中有两个极点就会产生振荡。这在上面的波特图中的表现是什么呢，就是运放的开环增益A与反馈系数的倒数1/β在波特图中相交时的合并速度大于等于40dB/十倍频程（上图中，只有运放的主极点，因此合并速度为20dB/十倍频程）。

        是什么原因引起了环路增益中产生了两个极点了，从Aβ中可以看出A已有一个极点了。无非是A再加一个极点，或者β再引入一个极点，就足以让电路不稳定了。这里作为抛砖引玉。

什么要引用Cc来设置运放的主极点呢，而不把运放设计成开环增益是恒定值如130dB，那不更接近于理想运放嘛。最主要原因就是，引放这个主极点补偿，可以保证运放的稳定。并且为了稳定，设计工程师会尽量把主极点压低。

Hi Wayne，这句话我不太能理解，加入极点，那就势必加入了不稳定啊，极点f的1/f和10f之间有-90度的相移，这不是更加不稳定吗？

一般理论不都是加入零点补偿，更加稳定吗？

求解答，多谢多谢

您好，

一点拙见：

Cc是决定了运放的主几点，理想运放带宽是无穷大，实际都是带宽有限制的。

这个主几点不会造成不稳定的，因为一个极点，引起的增益变化肯定是20dB/decade，肯定是稳定的。

你所说的“一般理论不都是加入零点补偿，更加稳定吗？” 这个要根据你的应用电路来做补偿，稳定性补偿的方法有很多种，不同的情况下，选用的补偿方式也各有不同，最终的目标就是使得（Aol）-（beta分之一）能够以20dB/decade变化，即稳定。

这是设计运放的基本理论，运放正是由了这个主极点才会稳定的。运放如果在高频时，还是非常高的开环增益，那是非常容易振荡的。其实鼻祖级的运放uA709就是没有内部极点补偿的，因此它极易振荡，只有在外部补偿的情况下才能用。