运算放大器为什么振荡： 两种常见原因的直观分析，及其解决方案

    摘要：我们用用运算放大器进行放大时，一般用的都是负反馈。当输出信号延迟时，也就是发生了相移（相位裕度典型值为45°-60°），反馈信号不能及时传递，放大器不会立即检测到其达到最终值的进度。它会以过快地冲向适当输出电压的方式过度反应，延迟小，则会产生过冲和振铃，延迟大，则会发生震荡。附加相移使负反馈在一定条件下变成正反馈，从而发生自激振荡现象。（相关的解释说法有很多，本质一样），消除振荡可通过降低反馈电阻实现，使其极点平移至更高频率，或者可以添加补偿电容器，此外，需减少杂散电容。（写的不好，大家多多包容，可在评论区指正） 如下图，对于初学者，发生过冲往往不知所以，有时候一样的电路，书上的可以，别人的波形也很美，到自己这里就发生过冲甚至振荡了。

   咱们一起慢慢探究。如发生图2中的完美阻尼响应时，到达反相输入的反馈信号中没有延迟。运算放大器通过向最终值接近进行响应，随着反馈信号接近适当的输出电压时，缓慢降低。当反馈信号延迟时，会产生问题。在环路中存在延迟的情况下，放大器不会立即检测到其达到最终值的进度。它会以过快地冲向适当输出电压的方式过度反应。请注意反馈延迟情况下的较快初始斜坡速率。反相输入无法及时收到反馈，当它确实已达到并越过适当的输出电压。它会对其标记进行过冲，并需要多次连续的较小极性更正，然后才能最终稳定。如果是小的延迟，只不过会得到一些过冲和振铃。如果延迟过大，这些极性更正会无限期地持续 – 从而产生振荡。延迟源通常是简单的低通电阻器/电容器 (RC) 网络。是的，它并不是适用于所有频率的恒定延迟，但 0 至 90 度下该网络的逐渐相移会产生一个一阶延时近似值，td = RC。通常会遇到两种情况： RC 网络会不经意的进入电路。第一种情况与电容性负载有关（ 图 3a）。电阻器是运算放大器的开环输出电阻。电容器当然是负载电容。

   第二种情况（ 图3b）反馈电阻和运放输入电容形成了 RC 网络。电路板连接也会增加该敏感电路节点处的电容。请注意，这两个电路具有相同的反馈环路。唯一的差异是获取输出的节点。从环路稳定性的角度而言，它们可能会带来相同的问题。这两种延迟反馈的原因通常结合在一起发生 – 两种原因一起可以使问题加倍。需要对第二种情况进行更多讨论：反馈电阻器对于简单的 G = 1缓冲器不是必要的，因此更常见的情况是使用反馈电阻器和接地电阻器的增益配置（ 图 4）。

   这些电阻器的并联组合可形成 RC 电路中的有效 R。有关反馈放大器的波特图分析，需要学习的知识还有很多。 此外，我们可以从波特图上观察相移是否超过180°，超过则不稳定。

   那么如何解决振荡问题呢？1、好的布局，以减少输入输出的杂散电容，如尽量走直线，线与线的间距适当增大。（示波器探头也含有电容，5-25 Pf,高频时将产生影响，使高频分量严重衰减，详见论文：示波器探头的分布电容对高频测试的影响）2、对于给定的运算放大器，输入电容（差分电容加共模电容）是固定的，可以按比例减小反馈网络的电阻值，以保持增益不变，过冲可以明显改善。但也不能一味的减小反馈电阻的值，降低电阻可将该电容所产生的极点移至更高频率并减小延迟时间常量。3、换一个性能更好的运算放大器4、更好的解决方案可能是一个电容器 Cc 与 R2 并联（ 图6）。当R1×Cx = R2×Cc 时，分压器获得补偿，并且所有频率的阻抗比都是恒定的。反馈网络中不会出现相移或延迟。由于杂散电容存在不确定的影响，因此您可能无法知道电容 Cx 的准确大小，需要自行调节。此外，您可能希望微调电路的响应以达到您的要求，这样做可能会产生一些过冲，但可以获得更高的速度和更佳的带宽。 运放常见问题汇编，之前本来是付费下载的，也赚了点小钱，现在积分不够用把付费的删了，赚点积分。 下载地址：https://download.csdn.net/download/lxkand/86748076?spm=1001.2014.3001.5503 作者：Bruce Trump 编辑整理：国一钰坨宝宝 转载请注明来源。 上述内容主要是针对反馈环路引起的振荡，另外，关于电容性负载引起的问题，有时间再另外写。