運(yùn)放補(bǔ)償雖然很常見(jiàn)，但有時(shí)候也極具挑戰(zhàn)性，尤其是在要求和約束條件超過(guò)設(shè)計(jì)師控制的情況下，設(shè)計(jì)師必須選擇一種最優(yōu)補(bǔ)償技術(shù)之時(shí)。也許極具挑戰(zhàn)性的原因之一是一般文獻(xiàn)資料更多地專注于不同補(bǔ)償技術(shù)之間的區(qū)別而不是相似性。除了關(guān)注概念上的不同點(diǎn)外，還要關(guān)注相似點(diǎn)，這是非常明智的，只有這樣才能更好地理解明顯不同的技術(shù)和概念之間的緊密關(guān)系。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，本文首先討論了運(yùn)放的少量幾個(gè)確定因素，最終逐步過(guò)渡到 電路中經(jīng)常使用但少有人理解的補(bǔ)償技術(shù)。

基本積分電路

對(duì)電路施加階躍矩形脈沖，如時(shí)間常數(shù)RC遠(yuǎn)大于輸入脈寬，電容將緩慢充電，電容上電壓以指數(shù)曲線上升，輸出Uo與Ui近似成積分關(guān)系。實(shí)質(zhì)上它是一個(gè)低通濾波器，也是一個(gè)交流分壓器，對(duì)高頻成份來(lái)說(shuō)，容抗Xc很少，高頻成份衰減至極小。無(wú)源積分電路受負(fù)載影響大，且階躍響應(yīng)曲線呈非線性，很難預(yù)算相關(guān)參數(shù)。為獲得線性充放電曲線，可利用運(yùn)放的虛斷特性，將電容作為運(yùn)放反饋元件，構(gòu)成有源積分器。但實(shí)際運(yùn)放都存在失調(diào)電壓、失調(diào)電流及輸入偏置電流，即使輸入U(xiǎn)i=0，這些等效信號(hào)也會(huì)被積分放大，使有源積分器的輸出電壓，不斷地向一個(gè)方向變化，產(chǎn)生積分漂移現(xiàn)象，甚至發(fā)生積分飽和。這一現(xiàn)象的本質(zhì)是電容C對(duì)直流信號(hào)呈現(xiàn)幾乎無(wú)窮大的容抗，放大倍數(shù)Xc/R1也無(wú)窮大，運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)放大狀態(tài)。為抑制積分漂移，常在電容兩端并聯(lián)一個(gè)電阻。

帶補(bǔ)償電容的微分電路

C1即為防止交流增益過(guò)大的補(bǔ)償電容，此時(shí)反饋支路的阻抗Zf=Xc1//R1，對(duì)C1的要求是，在通過(guò)電容C的信號(hào)頻率作用下，只要使C1容抗Xc1遠(yuǎn)大于R1,就可以忽略C1的影響，進(jìn)行微分計(jì)算時(shí)，只用R1計(jì)算也可以保證足夠的精度。為限制通過(guò)電容C的高頻電流，進(jìn)一步降低對(duì)高頻分量和高頻干擾的敏感性，在信號(hào)源內(nèi)阻比較小時(shí)，可在電容前面串聯(lián)一個(gè)電阻，以限制流過(guò)電容C的高頻電流。同時(shí)，為防止可能出現(xiàn)的過(guò)高電壓，可在反饋支路中再并聯(lián)穩(wěn)壓二極管，以限制輸出幅度。

運(yùn)放補(bǔ)償技術(shù)有很多種，如“主極點(diǎn)補(bǔ)償”，“增益補(bǔ)償”，“超前補(bǔ)償”，“補(bǔ)償衰減器”以及“超前-滯后補(bǔ)償”。任何補(bǔ)償技術(shù)的理想結(jié)果都是從純穩(wěn)定性角度使多極點(diǎn)系統(tǒng)(高階系統(tǒng))接近單極點(diǎn)整體系統(tǒng)，因?yàn)閱螛O點(diǎn)反饋系統(tǒng)是無(wú)條件穩(wěn)定的。

大多數(shù)補(bǔ)償技術(shù)至少能實(shí)現(xiàn)有效的雙極點(diǎn)系統(tǒng)狀態(tài)，其中第二個(gè)極點(diǎn)(第一個(gè)非主要極點(diǎn))盡可能遠(yuǎn)離第一個(gè)極點(diǎn)(主要極點(diǎn))，并且通常具有較高的頻率拐點(diǎn)，而且拐點(diǎn)相對(duì)遠(yuǎn)，對(duì)穩(wěn)定性的影響可以忽略不計(jì)。在一些情況下，通過(guò)有意減小主要極點(diǎn)和非主要極點(diǎn)之間的距離來(lái)增強(qiáng)帶寬，這時(shí)通過(guò)增益頻率響應(yīng)可以觀察到一些高頻峰值。

在許多 電子技術(shù)文獻(xiàn)中，所有補(bǔ)償技術(shù)中解釋最不好的也許是超前-滯后補(bǔ)償技術(shù)了。遺憾的是，某些流行的參考文獻(xiàn)在開(kāi)環(huán)增益曲線以及對(duì)超前-滯后補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)描述中存在錯(cuò)誤，因此本文將重點(diǎn)討論這方面內(nèi)容。

超前網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)格定義或至少清晰的定義是，它的零點(diǎn)頻率幅值比極點(diǎn)的要低，因此催生出純粹兩個(gè)拐點(diǎn)。在滯后網(wǎng)絡(luò)中則相反，極點(diǎn)頻率幅值比零點(diǎn)的低。超前-滯后網(wǎng)絡(luò)是這兩種網(wǎng)絡(luò)的組合，超前網(wǎng)絡(luò)的全部?jī)蓚€(gè)拐點(diǎn)頻率的頻率幅值都要小于滯后網(wǎng)絡(luò)的頻率幅值。同樣，在滯后-超前網(wǎng)絡(luò)中，滯后網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)拐點(diǎn)的頻率幅值要小于超前網(wǎng)絡(luò)。不管是滯后-超前網(wǎng)絡(luò)還是超前-滯后網(wǎng)絡(luò)，每種網(wǎng)絡(luò)都會(huì)形成4個(gè)拐點(diǎn)：兩個(gè)極點(diǎn)和兩個(gè)零點(diǎn)。

在給定總體系統(tǒng)與技術(shù)約束條件下，人們也許會(huì)使用任何合適的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)去補(bǔ)償具有與生俱來(lái)且有時(shí)不可修改拐點(diǎn)的系統(tǒng)。所選的補(bǔ)償技術(shù)可能專門(mén)用引入的零點(diǎn)去抵消固有的系統(tǒng)極點(diǎn)，反之亦然，從而得到一個(gè)純粹更低階的系統(tǒng)。本文采用開(kāi)環(huán)增益表達(dá)式的Bode圖用于穩(wěn)定性分析，并得出極點(diǎn)和零點(diǎn)的定義。