運算放大器自激振盪： 兩種常見原因的直觀分析，及其解決方案

摘要

我們用用運算放大器進行放大時，一般用的都是負反饋。當輸出訊號延遲時，也就是發生了相移（相位裕度典型值為45°-60°），反饋訊號不能及時傳遞，放大器不會立即檢測到其達到最終值的進度。它會以過快地衝向適當輸出電壓的方式過度反應，延遲小，則會產生過沖和振鈴，延遲大，則會發生震盪。附加相移使負反饋在一定條件下變成正反饋，從而發生自激振盪現象。（相關的解釋說法有很多，本質一樣），消除振盪可透過降低反饋電阻實現，使其極點平移至更高頻率，或者可以新增補償電容器，此外，需減少雜散電容。（寫的不好，大家多多包容，可在評論區指正）

兩種原因

如下圖，對於初學者，發生過沖往往不知所以，有時候一樣的電路，書上的可以，別人的波形也很美，到自己這裡就發生過沖甚至振盪了。

圖2。延遲響應

咱們一起慢慢探究。如發生圖2中的完美阻尼響應時，到達反相輸入的反饋訊號中沒有延遲。運算放大器透過向最終值接近進行響應，隨著反饋訊號接近適當的輸出電壓時，緩慢降低。當反饋訊號延遲時，會產生問題。在環路中存在延遲的情況下，放大器不會立即檢測到其達到最終值的進度。它會以過快地衝向適當輸出電壓的方式過度反應。請注意反饋延遲情況下的較快初始斜坡速率。反相輸入無法及時收到反饋，當它確實已達到並越過適當的輸出電壓。它會對其標記進行過沖，並需要多次連續的較小極性更正，然後才能最終穩定。如果是小的延遲，只不過會得到一些過沖和振鈴。如果延遲過大，這些極性更正會無限期地持續 – 從而產生振盪。延遲源通常是簡單的低通電阻器/電容器 （RC） 網路。是的，它並不是適用於所有頻率的恆定延遲，但 0 至 90 度下該網路的逐漸相移會產生一個一階延時近似值，td = RC。通常會遇到兩種情況： RC 網路會不經意的進入電路。第一種情況與電容性負載有關（ 圖 3a）。電阻器是運算放大器的開環輸出電阻。電容器當然是負載電容。

第二種情況（ 圖3b）反饋電阻和運放輸入電容形成了 RC 網路。電路板連線也會增加該敏感電路節點處的電容。請注意，這兩個電路具有相同的反饋環路。唯一的差異是獲取輸出的節點。從環路穩定性的角度而言，它們可能會帶來相同的問題。這兩種延遲反饋的原因通常結合在一起發生 – 兩種原因一起可以使問題加倍。需要對第二種情況進行更多討論：反饋電阻器對於簡單的 G = 1緩衝器不是必要的，因此更常見的情況是使用反饋電阻器和接地電阻器的增益配置（ 圖 4）。

這些電阻器的並聯組合可形成 RC 電路中的有效 R。有關反饋放大器的波特圖分析，需要學習的知識還有很多。

此外，我們可以從波特圖上觀察相移是否超過180°，超過則不穩定。

那麼如何解決振盪問題呢？

1、佈局

好的佈局，以減少輸入輸出的雜散電容，如儘量走直線，線與線的間距適當增大。

示波器探頭也含有電容，5-25 Pf，高頻時將產生影響，使高頻分量嚴重衰減，詳見論文：示波器探頭的分佈電容對高頻測試的影響。

2、減小反饋網路的電阻值

對於給定的運算放大器，輸入電容（差分電容加共模電容）是固定的，可以按比例減小反饋網路的電阻值，以保持增益不變，過沖可以明顯改善。但也不能一味的減小反饋電阻的值，降低電阻可將該電容所產生的極點移至更高頻率並減小延遲時間常量。

3、換一個性能更好的運算放大器

4、超前補償電容

如（ 圖6）所示，增加一個電容器 Cc 與 R2 並聯。當R1×Cx = R2×Cc 時，分壓器獲得補償，並且所有頻率的阻抗比都是恆定的。反饋網路中不會出現相移或延遲。由於雜散電容存在不確定的影響，因此您可能無法知道電容 Cx 的準確大小，需要自行調節。此外，您可能希望微調電路的響應以達到您的要求，這樣做可能會產生一些過沖，但可以獲得更高的速度和更佳的頻寬。

運放常見問題：運算放大器常見問題彙編。rar-電信文件類資源-CSDN文庫

作者：Bruce Trump

編輯整理：國一鈺坨寶寶

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上述內容主要是針對反饋環路引起的振盪，另外，關於電容性負載引起的問題，有時間再另外寫。

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原文連結：運算放大器為什麼振盪： 兩種常見原因的直觀分析，及其解決方案