运放相位(频率)补偿电路设计
理解运放的频率补偿和单位增益稳定
运放的电压追随电路，如图1所示，利用虚短、虚断，一眼看上去简单明了，没有什么太多内容需要注意，那你可能就大错特错了。
理解好运放的电压追随电路，对于理解运放同相、反相、差分、以及各种各样的运放的电路，都有很大的帮助。
图1 运放电压追随电路电压追随电路分析如果我们连接运放的输出到它的反相输入端，然后在同相输入端施加一个电压信号，我们会发现运放的输出电压会很好的追随着输入电压。
假设初始状态运放的输入、输出电压都为0V，然后当Vin从0V开始增加的时候，Vout也会增加，而且是往正电压的方向增加。
这是因为假设Vin突然增大，Vout还没有响应依然是0V的时候，Ve=Vin-Vout是大于0的，所以乘上运放的开环增益，Vout=Ve*A，使得运放的输出Vout开始往正电压的方向增加。
当随着Vout增加的时候，输出电压被反馈回到反相输入端，然后会减小运放两个输入端之间的压差，也就是Ve会减小，在同样的开环增益的情况下，Vout自然会降低。
最终的结果就是，无论输入是多大的输入电压（当然是在运放的输入电压范围内），运放始终会输出一个十分接近Vin的电压，但是这个输出电压Vout是刚好低于Vin的，以保证的运放两个输入端之间有足够的电压差Ve，来维持运放的输出，也就是Vout=Ve*A。
运放电路中的负反馈这个电路很快就会达到一个稳定状态，输出电压的幅值会很准确的维持运放两个输入端之间的压差，这个压差Ve反过来会产生准确的运放输出电压的幅值。
将运放的输出与运放的反相输入端连接起来，这样的方式被称为负反馈，这是使系统达到自稳定的关键。
这不仅仅适用于运放，同样适用于任何常见的动态系统。
这种稳定使得运放具备工作在线性模式的能力，而不是仅仅处于饱和的状态，全“开”或者全“关”，就像它被用于没有任何负反馈的比较器一样。
由于运放的增益很高，在运放反相输入端维持的电压几乎与Vin相等。
举例来说，一个运放的开环增益为200 000。
运放基本应用电路
运放基本应用电路运放基本应用电路运算放大器是具有两个输入端，一个输出端的高增益、高输入阻抗的电压放大器。
若在它的输出端和输入端之间加上反馈网络就可以组成具有各种功能的电路。
当反馈网络为线性电路时可实现乘、除等模拟运算等功能。
运算放大器可进行直流放大，也可进行交流放大。
R f使用运算放大器时，调零和相位补偿是必须注意的两个问题，此外应注意同相端和反相端到地的直流电阻等，以减少输入端直流偏流 U I 引起的误差。
U O 1．反相比例放大器 电路如图1所示。
当开环增益为 ∞（大于104以上）时，反相放大器的闭环增益为： 1R R U U A f I O uf -== （1） 图1 反相比例放大器 由上式可知，选用不同的电阻比值R f / R 1，A uf 可以大于1，也可以小于1。
若R 1 = R f ， 则放大器的输出电压等于输入电压的负值，因此也称为反相器。
放大器的输入电阻为：R i ≈R 1直流平衡电阻为：R P = R f // R 1 。
其中，反馈电阻R f 不能取得太大，否则会 产生较大的噪声及漂移，其值一般取几十千欧 到几百千欧之间。
R 1的值应远大于信号源的 O 内阻。
2．同相比例放大器、同相跟随器 同相放大器具有输入电阻很高，输出电阻很低的特点，广泛用于前置放大器。
电路原理图如图2所示。
当开环增益为 ∞（大于104以上 图2 同相比例放大器 ）时，同相放大器的闭环增益为：1111R R R R R U U A f f I O uf +=+== （2） 由上式可知，R 1为有限值，A uf 恒大于1。
同相放大器的输入电阻为：R i = r ic其中： r ic 是运放同相端对地的共模输入电阻，一般为108Ω；放大器同相端的直流平衡电阻为：R P = R f // R 1。
若R 1 ∞（开路），或R f = 0，则A u f 为1，于是同相放大器变为同相跟随器。
此时由于放大器几乎不从信号源吸取电流，因此 U可视作电压源，是比较理想的阻抗变换器。
史上最全的运放典型应用电路及分析
史上最全的运放典型应用电路及分析运放（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种非常重要的电子元件，被广泛应用于各种电路中。
它具有高增益、输入阻抗高、输出阻抗低和大动态范围等特点，适用于信号放大、滤波、求和、差分运算等各种应用。
下面将介绍几个常见的运放典型应用电路。
1. 基本运算放大器（Inverting amplifier）电路：该电路是运放最基本的应用之一，用于放大信号。
它的输入信号通过一个电阻连接到运放的一个输入引脚（负输入端），另一个输入引脚通过一个反馈电阻与输出端相连。
这样，在负输入端和输出端之间形成一个负反馈回路。
根据负反馈原理，输入信号被放大后反馈到负输入端，并与输入信号相位反向，达到放大输入信号的效果。
2. 非反转放大器（Non-inverting amplifier）电路：与基本运算放大器相比，非反转放大器电路在输入信号的反馈上有所不同。
在该电路中，输入信号直接连接到运放的一个输入引脚（正输入端），另一个输入引脚通过一个电阻与负电源端相连。
输出信号通过一个反馈电阻连接到正输入端。
这样，输出信号经过反馈后加入到正输入端，与输入信号相位相同，实现了对输入信号的放大。
3.滤波电路：运放可用于构建各种滤波电路，如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
滤波器根据频率的不同选择性地削弱或放大信号的不同频段。
例如，低通滤波器能够削弱高频信号，使得输出信号更加接近原始信号的低频部分。
4.增益控制电路：运放可以用于实现可变增益放大器。
通过调节输入信号与反馈电阻之间的比例关系，可以实现对输出信号的不同放大倍数的控制。
这种电路广泛应用于音频设备、通信系统等领域。
5.比较器电路：利用运放的比较特性，可以将其应用为比较器。
比较器通过将待测信号与参考电压进行比较，并给出一个高低电平作为输出信号。
这种电路广泛应用于电压比较、开关控制、实现零点检测等场景。
总而言之，运放的应用非常广泛，可以根据不同的需求设计出各种典型电路。
运算放大器应用电路的设计与制作
运算放大器应用电路的设计与制作运算放大器1.原理运算放大器是目前应用最广泛的一种器件，当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。
图1运算放大器的特性曲线图2运算放大器输入输出端图示图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。
如图2所示。
U对应的端子为“-”，当输入U单独加于该端子时，输出电压与输入电压U 反相，故称它为反相输入端。
U+对应的端子为“ + ”，当输入U+单独由该端加入时，输出电压与q 同相，故称它为同相输入端。
输出：U0= A(U+-UJ ; A称为运算放大器的开环增益(开环电压放大倍数)。
在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到：开环电压增益Ad=x ；输入阻抗r i=x ；输出阻抗r o=0；带宽f BW=^；失调与漂移均为零等理想化参数。
理想运放在线性应用时的两个重要特性输出电压U与输入电压之间满足关系式：Ub= Ad (L+- L U),由于A ud=^，而U 为有限值，因此，U— UL^O o即U〜U-,称为“虚短”。
由于r i二X,故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB = 0,称为“虚断”这说明运放对其前级吸取电流极小上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则， 可简化运放电路的计算。
运算放大器的应用(1)比例电路所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路， 比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。
(a) 反向比例电路反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端：对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：U 。
訓为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R'= R// R F 。
运放电路的补偿
运放电路的补偿
运放电路的补偿是一项非常重要的工作，可以大大提高电路的性能和稳定性。
在运放电路中，如果没有正确地进行补偿，就会出现稳定性问题和失真问题，影响电路的工作效果。
因此，对于运放电路的设计和调试中，补偿是一个必要的步骤。
运放电路的补偿主要包括两种方式：外部补偿和内部补偿。
其中，外部补偿主要是通过添加电容或电阻来实现的，可以有效地提高电路的相位裕度和增益裕度。
内部补偿则是通过内部电路设计和参数调整来实现的，能够更好地控制电路的稳定性和失真程度。
在进行运放电路的补偿时，需要注意以下几点：首先，要选择合适的补偿方法和参数，根据电路的实际情况进行调整；其次，要注意补偿对电路的影响，避免出现不必要的失真和稳定性问题；最后，要进行充分的测试和验证，确保电路的性能和稳定性达到要求。
总之，运放电路的补偿是一个非常重要的工作，可以大大提高电路的性能和稳定性。
正确地进行补偿设计和调试，可以有效地避免电路出现问题，保证电路的正常工作。
- 1 -。
实验题目：二级运放的设计
实验题⽬：⼆级运放的设计实验题⽬：⼆级运放的设计（⽬的）：1. 学习运放中管⼦尺⼨的设计2. 学习运放组成的线性反馈系统的稳定性和频率补偿3. 学会稳定性判据和相位裕度的概念（仪器）仿真软件hspice（原理）（包括主要公式，电路图等）电路图如下：实验内容：1. 设计⼀个运放，使其直流增益≥60dB,单位增益负反馈相位裕度≥450（输出端接1PF 电容负载），电路图结构如下所⽰2. 设计好符合要求的运放后，把图⼀画在实验报告上，并标明W,L,M（管⼦个数）、Iref、Cc 的值Iref =10E-6 Cc= 2E-12M1 M2 M3 M4 L=0.4E-6 W= 1.2E-6 M=2.0M5 M6 M7 M8 L=0.4E-6 W= 1.2E-6 M=1.03. 把VdB（Vout）和VP(Vout)的曲线画在实验报告上，并求出所设计运放的实际单位增益负反馈的相位裕度。
PM=180-130=60M7 M6 M8 Vdd M1 M2 M5 Iref M3 M4 Vin+ Vin- CL=1pF Vout Vdc=2.5 ACc L0 C0 L=1GH C=1GF Vin- Vout VIN 2 (Vin+)注：1. 在⽹表中，可把Cc 放在结点A 与Vout 之间。
若需补偿右半平⾯零点时，可加电阻R 与Cc 串联。
2. ⽹表中Vdd，C0，L0，CL 不能改变值外，其余尺⼨都需⾃⼰设计3. 设计的值Iref≤10uA,Cc≤5PF。
4. M1 和M2 的个数M 为偶数5. M3 和M4 的个数M 为偶数实验⼼得体会：通过实验我学会了学习运放中管⼦尺⼨的设计和运放组成的线性反馈系统的稳定性和频率补偿并且学会稳定性判据和相位裕度的概念。
还了解运算放⼤器（简称运放）是许多模拟系统和混合信号系统中的⼀个完整部分。
各种不同复杂程度的运放被⽤来实现各种功能：从直流偏置的产⽣到⾼速放⼤或滤波。
运算放⼤器的设计可以分为两个较为独⽴的两个步骤：第⼀步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。
运算放大器设计.ppt
40~8 仪表放 3.05
5
大器
8PDIP 精密,
0
50
0.5
12 0
5
8
9
0. 7
4. 5
36
/40~8
低功耗 USD 仪表放 4.95
5
大器
0.0 02
50+ 500/ G
5+2 0/G
12 0
5
8
9
PDIP- 精密低
0. ± ±2. 8/-
功耗仪 USD
7 18 25
40~8 表放大 3.05
7、低噪声运放电路 噪声模型
手册已知OP的宽带噪声输入电压密度 ER R/8(nV/ Hz)
输入电流噪声密度
En(nV/ Hz)
给定电阻阻值。
计算按照上述方式的噪声电压
计算方法：1)找到EN
ENT ENEI ER 222
2）计算噪声电流在电阻上的 噪声电压EI=INxR
3)计算电阻热噪声 E n
4 .2 n V /
Hz
1K R1 // R 2
1n V / 4nV
Hz
/
Hz
VOUT
E NT G N
1 3
V RM S
BW
4 .2 1 0 1
1000 H z
No Image
PDIP8/40~8 5
单电源, 微功耗, 仪表运 算放大 器
USD 2.10
0.0 02
250
3
83 25
பைடு நூலகம்
35
160
0. ± ±1. 18 18 35
PDIP8/40~8 5
微功耗 仪表放 大器
USD 1.40
运放相位补偿电路设计
集成运放的内部是一个多级放大器。
其对数幅频特性如图...1所示中的曲线①(实线)。
对数幅频特性曲线在零分贝以上的转折点称为极点。
图中，称P1 P2点为极点。
极点对应的频率称为转折频率，如fp1,fp2,第一个极点，即频率最低的极点称为主极点。
在极点处，输出信号比输入信号相位滞后45°，幅频特性曲线按-20dB/10倍频程斜率变化，每十倍频程输出信号比输入信号相位滞后90。
极点越多，越容易自激，即越不稳定。
为使集成运放工作稳定，需进行相位(频率)补偿。
按补偿原理分滞后补偿、超前补偿及滞后一超前补偿等。
滞后补偿:凡是使相移增大的补偿即被称为滞后补偿。
滞后补偿使主极点频率降低，即放大器频带变窄。
如补偿后只有一个极点，则被称为单极点，如图(a)所示中的曲线②。
超前补偿:凡是使相移减小的补偿即被称为超前补偿，超前补偿使幅频特性曲线出现零点,即放大器频带变宽。
在零点处输出信号比输入信号相位超前45°，幅频特性曲线按+20dB/10倍频程斜率变化。
补偿办法是将零点与补偿前的一个极点重合，如图(a)中的P2点，补偿后的幅频特性曲线如图(a)所示中的曲线③，补偿后频带展宽。
1.输入端的滞后补偿网络(外部滞后补偿)在集成运放的两输入端之问并一串联的电阻(RB)、电容(CB)的网络被称为输入端的滞后补偿。
这种补偿使通频带变窄，适用于对频带要求不高的电路。
这种方法也有助于提高集成运放的上升速率。
RB，CB的估算方法(I)在放大器增益给定的条件下暂时短接CB，在集成运放两输入端之间并联RB，RB的值由大到小的改变，直至放大器进入临界稳定状态。
这时可用示波器看到近似正弦波。
并用示波器水平(时间)轴测出振荡周期，换算出振荡频率fo实际是放大器的放大倍数等于1时的频率。
补偿电容CB的值可按下式估算，即CB》1/(RB*f)2. 反馈端超前补偿将补偿电容并在闭环放大器的外部反馈电阻上。
其补偿原理如图（a）所示的曲线③。
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集成运放的内部是一个多级放大器。
其对数幅频特性如图...1所示中的曲线①(实线)。
对数幅频特性曲线在零分贝以上的转折点称为极点。
图中，称P1 P2点为极点。
极点对应的频率称为转折频率，如fp1,fp2,第一个极点，即频率最低的极点称为主极点。
在极点处，输出信号比输入信号相位滞后45°，幅频特性曲线按-20dB/10倍频程斜率变化，每十倍频程输出信号比输入信号相位滞后90。
极点越多，越容易自激，即越不稳定。
为使集成运放工作稳定，需进行相位(频率)补偿。
按补偿原理分滞后补偿、超前补偿及滞后一超前补偿等。
滞后补偿:凡是使相移增大的补偿即被称为滞后补偿。
滞后补偿使主极点频率降低，即放大器频带变窄。
如补偿后只有一个极点，则被称为单极点，如图2.21(a)所示中的曲
线②。
超前补偿:凡是使相移减小的补偿即被称为超前补偿，超前补偿使幅频特性曲线出现零点,即放大器频带变宽。
在零点处输出信号比输入信号相位超前45°，幅频特性曲线按+20dB/10倍频程斜率变化。
补偿办法是将零点与补偿前的一个极点重合，如图2.21(a)中的P2点，补偿后的幅频特性曲线如图2.21(a)所示中的曲线③，补偿后频带展宽。
1.输入端的滞后补偿网络(外部滞后补偿)
在集成运放的两输入端之问并一串联的电阻(RB)、电容(CB)的网络被称为输入端的滞后补偿。
这种补偿使通频带变窄，适用于对频带要求不高的电路。
这种方法也有助于提高集成运放的上升速率。
RB，CB的估算方法(I)
在放大器增益给定的条件下暂时短接CB，在集成运放两输入端之间并联RB，RB的值由大到小的改变，直至放大器进入临界稳定状态。
这时可用示波器看到近似正弦波。
并用示波器水平(时间)轴测出振荡周期，换算出振荡频率fo实际是放大器的放大倍数等于1时的频率。
补偿电容CB的值可按下式估算，即
CB》1/(RB*f)
2. 反馈端超前补偿
将补偿电容并在闭环放大器的外部反馈电阻上。
其补偿原理如图2.21（a）所示的曲线③。
这种补偿叮以展宽高频带宽，电路图如图2.2.13所示。
(1)抵消第二个极点的补偿
(2)削弱输入分布电容影响的补偿
将补偿电容并在闭环放大器的外部反馈电阻上，使输入信号在高频时能直接耦合到输出端，削弱输入分布电容的影响，改善电路的高频特性，电路图如图2.2.14所示。
补偿条
件为
RF*CB = Rr*Cr
式中，r为输入端分布电容。