OP电路中小电容的大智慧

EDN电子技术设计 2020-09-08 00:00

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大家在利用OP做设计时，有时会出现莫名其妙的震荡，从而使设计变得很糟糕，这说明你设计的OP运放电路在不知不觉中满足了震荡条件AF=1，如果对该OP电路进行一些补偿，则消除该震荡，常用的OP电路补偿是一个以RC网络为基础。

做低频模拟信号处理的工程师最常用的一种模拟器件就是OP放大器，工程师可以用它实现信号放大，功率放大，滤波器的设计。

现在对OP电路电容的使用做一总结。

1、负载容性

做模拟信号处理时经常会用到去高频干扰电容，具体电路如图1所示

其实，该电路还有另一种名称，主极点补偿电路。这时，对OP放大器来说，电容C1作为负载，若负载阻抗和C1构成的极点位置和零频靠的很近，该极点在电路中就处于主要地位。

在调试电路中，如果电容C1达到一定数值，它的极点会与运放的极点相互作用，引起系统的不稳定。当该电容选择特别大时，它会完全损毁运放的带宽，但另一方面，减低了系统噪声和低频增益。

2、反馈回路增加电容

在一些放大电路的PCB板子中，由于运放的封装和一些分布电容的影响，会使OP电路的设计使用超前补偿的方法使运放放大器处于稳定的工作状态。超前补偿电路如图2所示，

其输入输出关系为

从上式中可以看出，在传递函数中增加了一个极点，通过设置C1的数值，使得OP放大电路的零极点处在合适的位置，使得OP电路变得更加稳定可靠。其实在低频电路中该电容还具有稳定运放和减小噪声的作用。

3、输入端接电容

前面说的两种电容的安放在输出端和反馈回路中，这样放置电容达到了一定的效果，但是改变了电路的环路增益，本着“一查到底”的目的，我找到一种电路，既可以使电路变得稳定，又不会降低OP电路的闭环增益，如图3所示：

其传递函数为

其实利用虚短虚断的做法，可以猜出上面的传递函数，但是对于RC电路还是有一点疑问，到底这个RC电路做什么呢?其实，该RC电路在

处引入一极点，使得转折频率减少了3dB，使环路增益在较低的频率穿越0dB，但是，对于闭环增益来说，却没有任何影响(见式2)。

输入RC电路引入的极点经零点补偿后，相移得到补偿，从而使OP运放的稳定性得到加强。

4、滤波器

滤波器是模拟电路中常用的一种信号处理电路，典型低通滤波器如图4，

这与第2节中的电路一致，但为了说明滤波器功能，还是单独拿了出来。其输入输出关系如式3

滤波器的设计和第二节的设计有一个明显的区别就是电容C1选值要依据戒指频率，而第二节中的电容选值需要考虑的是OP电路的零极分析。

5、电源滤波

通常在使用OP运放进行设计时，在VCC管脚进行滤波，常用的为10U和0.1U进行高低频率的滤波，这种做法是比较好的。若获得的电源中仍然会出现震荡，那么采用更加小的电容0.01U的进行滤波，会取得比较好的效果。

对于OP电路中的电容应用，相信本文提及的只是冰山一角，借此机会抛砖引玉，希望大家能各抒己见，将OP电路中的电容应用更加清晰。

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