真實運放、回授與穩定度

頻率補償(frequency compensation)

頻率補償是刻意把放大器放慢,好讓它的回授維持穩定——就像替車子裝避震器,使它平順沉定而非彈跳。放任不管的高增益放大器有好幾個極點,會堆疊相位延遲而振盪。補償重塑迴路的增益對頻率曲線,使增益在相位延遲變得危險之前就降回 1,留下健康的相位裕度。

標準技巧是主極點補償。一顆電容(常是放在高增益級兩端的小米勒電容,其效應被該級增益放大)迫使開迴路增益提早開始衰減,並以平穩的每十倍頻 20 dB 持續下降。因為增益穿越 0 dB 時只有一個極點在作用,那裡的相位延遲只有約 90 度,留下約 90 度的相位裕度。多數運放就是這樣內部補償,使它們即使在單位增益也穩定。例如:晶片內幾皮法的電容就能把主極點壓到約 10 Hz,刻意以頻寬換取保證的穩定。

為何重要:補償是你拉動以修復振盪或鳴震放大器的槓桿。去補償(外部補償)運放只做了部分補償——它們只在某最小增益以上(譬如 5 或 10)才穩定——作為交換,在可用之處給出多得多的頻寬。你也會外加補償以應付電容負載。誠實的代價:你每加一分補償,都是以頻寬換取穩定,所以工藝在於恰到好處、不多不少。

一顆通用運放經內部補償,其開迴路增益從約 10 Hz 的主極點一路衰減到 1 MHz 的單位增益——一道乾淨的 20 dB/十倍頻斜率。這保證了低至單位增益的任何增益都穩定,代價是去補償的同門會保留的頻寬。

主極點迫使單一乾淨的衰減,使增益帶著有餘裕的相位裕度穿越單位增益。

內部補償運放萬無一失,卻丟掉你或許不必花的頻寬;去補償元件把它討回,但你若在其最小穩定增益以下使用就會振盪。讓元件配合你實際使用的增益。

又稱
compensationMiller compensation補償