Kompensation I (Kompensation durch Polverschiebung)
Das folgende Applet zeigt eine Möglichkeit, einen Verstärker mit Gegenkopplung so zu kompensieren, dass für beliebige Rückkopplungsfaktoren die Stabilität gewährleistet ist, der Verstärker also nicht zum Schwingen neigt. Die nachstehende Abbildung zeigt das vereinfachte Ersatzschaltbild des zu kompensierenden Verstärkers.
Man sieht:
- Ausgangspunkt der Überlegungen ist das vereinfachte Ersatzschaltbild des zu kompensierenden Verstärkers mit den parasitären Kapazitäten, welche die Polstellen der Übertragungsfunktion a(jw) und damit den Frequenz- und Phasengang bestimmen. Für den zu untersuchenden kritischen Fall größtmöglicher Rückkopplung, d.h. k=1 bzw. 1/k=0dB, entspricht die Kurve |a(jw)| gleichzeitig der für die Stabilität wichtigen Schleifenverstärkung |a*k|. Die Frequenz wd, bei der der Betrag der Schleifenverstärkung gleich 1 ist, ergibt sich demnach aus dem Schnittpunkt der Kurve |a(jw)| mit der Frequenzachse.
- Für den nicht kompensierten Verstärker sieht man, dass bei dieser Frequenz die Phase 180 Grad erreicht, der rückgekoppelte Verstärker würde also schwingen.
- Eine Möglichkeit, den Verstärker zu stabilisieren, ist nun, die Kapazität C1 zu vergrößern. Dadurch verschiebt sich der Pol w1 der Übertragungsfunktion, womit eine Änderung des Frequenz- und des Phasengangs einhergeht. Insbesondere erreicht man jedoch, dass durch den jetzt früher einsetzenden Verstärkungsabfall die Frequenz wd zu niedrigeren Werten hin verschoben wird, bei denen die Phasendrehung noch keine 180 Grad beträgt. Der Verstärker bleibt somit stabil.
- Nachteilig ist jedoch, dass zur Kompensation sehr große Kapazitätswerte im nF-Bereich nötig sind, was für integrierte Operationsverstärker nicht akzeptabel ist. Eine bessere Methode zur Kompensation ist daher die so genannte Miller-Kompensation.