运算放大器或运算放大器被视为模拟电子设计的主力军。从模拟计算机时代起，运算放大器已用于模拟电压下的数学运算，因此被称为运算放大器。截止日期运算放大器被广泛用于电压比较，微分，积分，求和等许多事情。不用说，运算放大器电路很容易实现不同的目的，但它的局限性很小，常常导致复杂性。
主要的挑战是在广泛的应用带宽中提高运算放大器的稳定性。解决方案是通过在运算放大器上使用频率补偿电路来补偿放大器的频率响应。放大器的稳定性高度取决于不同的参数。在本文中，我们将了解频率补偿的重要性以及如何在设计中使用它。
运算放大器快速基础
在继续深入研究运算放大器的先进应用以及如何使用频率补偿技术稳定放大器之前，让我们探讨一下运算放大器的一些基本知识。
放大器可以配置为开环配置或闭环配置。在开环配置中，没有与之关联的反馈电路。但是在闭环配置中，放大器需要反馈才能正常工作。操作人员可以具有负反馈或正反馈。如果反馈网络在运放的正极端子上模拟，则称为正反馈。否则，负反馈放大器的反馈电路应跨负极端子连接。
为什么我们需要运放中的频率补偿？
让我们看下面的放大器电路。这是一个简单的负反馈同相运算放大器电路。电路连接为单位增益跟随器配置。
上面的电路在电子产品中很常见。众所周知，放大器在输入端的输入阻抗很高，并且可以在输出端提供合理的电流量。因此，可以使用低信号来驱动运算放大器，以驱动较高电流的负载。
但是，运算放大器可以提供以安全驱动负载的最大电流是多少？上面的电路足以驱动纯电阻性负载（理想电阻性负载），但是如果我们在输出端连接一个电容性负载，则运放将变得不稳定，并且基于最坏情况下运放的负载电容值甚至开始振荡。
让我们研究一下为什么在输出两端连接电容性负载时运放会变得不稳定。上面的电路可以描述为一个简单的公式-
a cl = A / 1 +Aß
一个CL是闭环增益。A是放大器的开环增益。的
上图是公式和负反馈放大器电路的表示。它与前面所述的传统负放大器完全相同。它们都在正极端子上共享交流输入，并且在负极端子上具有相同的反馈。圆圈是求和结具有两个输入，一个来自输入信号，另一个来自反馈电路。好吧，当放大器在负反馈模式下工作时，放大器的完整输出电压将通过反馈线流至求和结点。在求和点，反馈电压和输入电压被加在一起并反馈到放大器的输入中。
图像分为两个增益阶段。首先，它显示了完整的闭环电路，因为它是一个闭环网络，也是运算放大器的开环电路，因为显示A的运算放大器是独立的开路，反馈没有直接连接。
求和结的输出通过运算放大器开环增益进一步放大。因此，如果将该完整的事物表示为数学形式，则求和结的输出为-
Vin-Voutß
这对于克服不稳定问题非常有用。RC网络产生一个单位增益或0dB增益的极点，该极点支配或抵消了其他高频极点效应。主导极配置的传递函数为–
其中，A（s）是无补偿传递函数，A是开环增益，⋅1，⋅2和⋅3分别是增益衰减在-20dB，-40dB，-60dB处的频率。下面的波德图显示了如果在运放输出上添加了优势极点补偿技术，会发生什么情况，其中fd是优势极点频率。
2.米勒补偿
另一种有效的补偿技术是米勒补偿技术，它是一种环路补偿技术，其中使用一个简单的电容器，带或不带负载隔离电阻（零位电阻）。这意味着在反馈环路中连接了一个电容器，以补偿运算放大器的频率响应。
该米勒补偿电路如下所示。在这种技术中，电容器通过输出两端的电阻与反馈相连。
该电路是一个简单的负反馈放大器，其反相增益取决于R1和R2。R3是零电阻，CL是运算放大器输出两端的容性负载。CF是用于补偿目的的反馈电容器。电容和电阻值取决于放大器级的类型，极点补偿和电容负载。
内部频率补偿技术
现代运算放大器具有内部补偿技术。在内部补偿技术中，在第二级公共发射极晶体管之间的运算放大器IC内部连接了一个小的反馈电容器。例如，下图是流行的运算放大器LM358的内部框图。
Cc电容器跨接Q5和Q10。它是补偿电容器（Cc）。该补偿电容器提高了放大器的稳定性，并防止了输出两端的振荡和振铃效应。
运算放大器的频率补偿–实际仿真
为了更实际地了解频率补偿，让我们尝试通过考虑以下电路来模拟它–
该电路是使用LM393的简单负反馈放大器。该运算放大器没有内置补偿电容器。我们将在具有100pF电容负载的Pspice中模拟电路，并检查其在低频和高频操作中的性能。
为了检查这一点，需要分析电路的开环增益和相位裕量。但这对pspice来说有点棘手，因为如上所述仿真确切的电路将代表其闭环增益。因此，需要特别注意。在pspice中转换上述电路以进行开环增益仿真（增益与相位）的步骤如下：
- 输入接地以获得反馈响应。输入到输出的闭环被忽略。
- 反相输入分为两部分。一个是分压器，另一个是运算放大器的负极。
- 在仿真阶段，将两个部分重命名以创建两个单独的节点并进行标识。分压器部分重命名为反馈，负极端子重命名为Inv输入。（反相输入）。
- 这两个断开的节点与0V DC电压源连接。这样做是因为从直流电压的角度来看，两个节点都具有相同的电压，这对于电路满足当前工作点要求至关重要。
- 用1V的AC激励添加电压源。这迫使两个单独的节点电压差在AC分析期间变为1。在这种情况下，必不可少的一点是，反馈和反相输入的比率取决于电路的开环增益。
完成上述步骤后，电路如下所示-
该电路使用15V +/-电源轨供电。让我们模拟电路并检查其输出波德图。
由于该电路没有频率补偿，因此正如预期的那样，该仿真显示出低频时的高增益和高频时的低增益。而且，它显示出非常差的相位裕度。让我们看看在0dB增益下的相位是什么。
如您所见，即使在0dB增益或单位增益交叉时，运算放大器也仅在100pF电容负载下提供6度相移。
现在，我们通过添加频率补偿电阻器和电容器来简化电路，以在运算放大器上创建米勒补偿并分析结果。在运放和输出之间放置一个50欧姆的零电阻，并带有一个100pF的补偿电容器。
模拟完成，曲线如下图所示，
现在相位曲线要好得多。增益为0dB时的相移几乎为45.5度。使用频率补偿技术可以大大提高放大器的稳定性。因此，事实证明，强烈建议使用频率补偿技术以提高op-map的稳定性。但是带宽会降低。
现在，我们了解了运算放大器的频率补偿的重要性以及如何在我们的运算放大器设计中使用它来避免不稳定问题。希望您喜欢阅读本教程并学到了一些有用的东西。如果您有任何疑问，请将其留在我们的论坛或下面的评论部分。