运放的自激

运放的自激有多种可能引起:

1. 补偿不足. 例如OP37等运放,在设计时,为了提高

高频响应,其补偿量较小,当反馈较深时会出现自激现象.通过 测量其开环响应的BODE图可知,随着频率的提高,运放的开环增 益会下降,如果当增益下降到0db之前,其相位滞后超过180度, 则闭环使用必然自激.

2. 电源回馈自激.从运算放大器的内部结构分析,他是一个多级 的放大电路,一般的运放都由3级以上电路组成,前级完成高增益 放大和电位的移动,第2级完成相位补偿功能,末级实现功率放大. 如果供给运放的电源的内阻较大,末级的耗电会造成电源的波动, 此波动将影响前级的电路的工作,并被前级放大,造成后级电路更 大的波动,如此恶性循环,从而产生自激.

3. 外界干扰. 确切的说,这并不算自激,但现象和自激相似.输出 产生和输入无关的信号.因为我们处于一个电磁波笼罩的环境之中, 有50Hz和100Hz的工频干扰,数百Hz的中波广播干扰,数MHz的短波 干扰,几十到几百Hz的电视广播和FM广播干扰,1GHz左右的无线通 讯干扰等.如果电路设计屏蔽不佳,干扰自然会引入电路,并被放 大.

如果电路出现自激现象,首先应该判断是哪种原因造成的.第一种 自激出现在运放闭环使用,而且增益较低的情况下,一般只有增益 小于10的情况下才能出现.其实这种自激最好解决,正确的选择运 放即可,对于一些高速运放,其厂家手册中都会注明最低的闭环增 益. 与此相反,后两种情况都是在高增益情况下发生,这一点非常 重要,可以准确的判断自激的原因.

相对而言,后两种自激较难解决,本人不谦虚的说,只有具有

一定的模拟电路设计经验,才有可能避免以上情况的发生.基本原 则是尽量增加地线的面积,在运放供电印脚附近,一定是附近增加 高频退殴电容,采用高频屏蔽等方法消除自激,减小干扰.

运放使用中不稳定的原因

2010年05月23日 星期日 23:18

1．没有按集成运放使用说明中推荐的相位校正电路和参数值进行校正 说明书中推荐的补偿方法和参数是通过产品设计和大量实验得出的，对大多数应用是有效的，它考虑了温度、电源电压变化等因素引起的频响特性的变化，并保证具有一定的稳定裕度。 2．电源退耦不好

当电源退耦不好时，各放大级的信号电流内阻上的电压降将产生互耦作用，若耦合信号与某级输入信号是同相位时，电路将产生寄生振荡。为此必须重视电源退耦。退耦时除在电源端加接大电容外，还应并接瓷片小电容，因为大电容如电解电容，它本身的分布电感较大，影响退耦效果。 3．电路连接时的分布电容影响

由于电路存在分布电容，有时后级的信号会通过分布电容反馈到前级，当此反馈信号与该放大级原输入信号同相位时，也会形成寄生正反馈，从而使电路自激振荡。所以连接电路时，尽量减小分布电容是很重要的，尤其应注意使集成运放的“＋”输人端远离它的输出端。 4．集成运放负载电容过大的影响

当集成运放负载电容过大时，整个运放电路的开环频响曲线将发生变化，使电路的相位余量减小，甚至引起自激。若在运放的输出端与外接负载电容之问加接一个小电阻（如数百欧以内），使运放电路与负载电容之间相隔离，则可减轻负载电容的影响。但有时这种改进的效果是有限的。为消除自激振荡，就应减小负载电容，或在集成运放输出端外加输出功率更大的、高频响应更好的输出级电路。

5．集成运放同相输入端接地电阻太大

当同相端对地接入很大的电阻，它与运放差模输入端的电容形成一个新的极点，尽管输入端的电容不大，但同相端对地外接电阻较大，则新产生的极点可能接近于或低于交接频率，而使闭环电路自激或电路动态特性变差。解决的简便方法是在同相端对地电阻上并接电容，以形成高频旁路。 6，集成运放输出端与同相端和调零端之阃存在寄生电容

在设计印制电路板时，或做电路实验时，曲于引线布置不适当或过长、过近，会带来寄生电容而引起自激。通常在低频电路中，不易出现自激，而在宽带放大器中，应注意消除寄生电容耦合。

自激振荡的原因及消除方法

2011-04-15 15:54:09 来源:互联网

自激振荡的引起,主要是因为集成运算放大器内部是由多级直流放大器所组成,由于每级放大器的输出及后一级放大器的输入都存在输出阻抗和输入阻抗及分布电容,这样在级间都存在R-C相移网络,当信号每通过一级R-C网络后,就要产生一个附加相移.此外,在运放的外部偏置电阻和运放输入电容,运放输出电阻和容性负载反馈电容,以及多级运放通过电源的公共内阻,甚至电源线上的分布电感,接地不良等耦合,都可形成附加相移.结果,运放输出的信号,通过负反馈回路再叠加增到180度的附加相移,且若反馈量足够大,终将使负反馈转变成正反馈,从而引起振荡.

(本文转自电子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0415/article_5531.html)

一般运放电路会接一个反馈电阻，构成负反馈，原理很简单，想必楼主知道不多说。下面我说一下为什么还要并联一个电容，也就是构成所谓的补偿电路。 一般线性工作的放大器(即引入负反馈的放大电路)的输入寄生电容Cs会影响电路的稳定性。放大器的输入端一般存在约几皮法的寄生电容Cs，这个电容包括运放的输入电容和布线分布电容，它与反馈电阻Rf组成一个滞后网络，引起输出电压相位滞后，当输入信号的频率很高时，Cs的旁路作用使放大器的高频响应变差，其频带的上限频率约为：ωh=1／(2πRfCs)若Rf的阻值较大，放大器的上限频率就将严重下降，同时Cs、Rf引入的附加滞后相位可能引起寄生振荡，因而会引起严重的稳定性问题。对此，有两个解决方法。一个简单的解决方法是减小Rf的阻值，使ωh高出实际应用的频率范围，但这种方法将使运算放大器的电压放大倍数下降(因Av=-Rf/Rin)。为了保持放大电路的电压放大倍数较高，更通用的方法是在Rf上并接一个补偿电容Cf，使RinCf网络与RfCs网络构成相位补偿。RinCf将引起输出电压相位超前，由于不能准确知道Cs的值，所以相位超前量与滞后量不可能得到完全补偿，一般是采用可变电容Cf，用实验和调整Cf的方法使附加相移最小。若Rf=10kΩ,Cf的典型值丝边3～10pF。对于电压跟随器而言，其Cf值可以稍大一些。 希望你能看懂，呵呵。说简单一点，为了消除自激振荡加了电容C做为超前补偿。

运放输出电容的补偿 上传者：dolphin 浏览次数:676 分享到：

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对于许多集成运算放大电路，若输出负载电容CL的值比100pF大很多，由于输出电容(包括寄生电容)与输出电阻将造成附加相移，这个附加相移的累加就可能产生寄生振荡，使放大器工作严重不稳定。解决这一问题的方法是在运放的输出端串联一个电阻Ro，使负载电容CL与放大电路相隔离，如图所示，在Ro的后面接反馈电阻Rf，这样可以补偿直流衰减，加反馈电容Cf会降低高频闭环电压放大倍数，Cf的选取方法是：使放大电路在单位增益频率fT时的容抗Xcf≤Rf／10，又Xf=l／(2πfTCf)，一般情况下，Ro=50～200Ω，Cf约为3～10pF。

除了上述不稳定因素之外，还存在其他一些不稳定因素，有些是来自集成芯片自身。有些是源于系统电路(例如电源的内阻抗的耦合问题)。有时使用很多方法都难以解决不稳定问题，但采用适当的补偿方法后可使问题迎刃而解。例如。当放大器不需要太宽的频带和最佳转换速率时，对集成运放采用过补偿的方法会取得很好的效果，如将补偿电容增加9倍或为实现稳定性所需要的倍数，对μA301型运放而言，其效果一般都较好。

电压反馈集成运放稳定性分析及补偿技巧

2008-06-11 13:48 747人阅读 评论(2) 收藏 举报

1、前言

电压反馈放大器出现大约60年了，从第一天起它就成为电路设计者的难题。如你所知，反馈使运放有了多种多样的功能(versatile)和更为精确，但同时，也可能使它们变得不稳定。运算放大器电路包含一个高增益的放大器，此放大器的各种参数由外部反馈组件决定。过高的增益使得若没有这些外部反馈组件，即使时最微小的输入信号也会使放大器输出达到饱和。

稳定性（stability），用在电子电路的术语中，常常被定义为达到一种不振荡的状态。这是关于这个词一个并不准确的定义。稳定是相对来说的，这也就使人们觉得不太自然了，因为相对判断需要耗费很大的精力。我们很容易的在振荡和不振荡之间画出一条线来，所以也就能够理解为什么人们相信振荡是稳定和非稳定之间一条自然界限。

反馈电路常表现出很差的频率响应、超调以及振荡发生之间长时间的回响（ringing long before oscillation occurs），这些被电路设计者们认为是令人不愉快的影响。这篇应用笔记（appliction note）并不关注振荡，因此，相对稳定性是根据性能(performance)来定义的。根据定义，当设计者们决定何种折中是可以接受时，那么同时他们也就决定了什么是相对稳定性。衡量相对稳定性的指标是阻尼比，阻尼比在参考文献1中有详细讨论。阻尼比和相角余量有关，也即，相角余量是另一个衡量相对稳定性的指标。最稳定的电路具有最长的响应时间，最窄的带宽（lowest bandwidth），最高的精度，以及最小的超调。最不稳定的电路具有最快的响应时间，最宽的带宽，最低的精度，以及比较大的超调（some overshoot）

放大器是由有源原件构成的，如晶体管。相关的晶体管参数，像晶体管增益，受漂移和许多误差源的最初的误差影响，所以，由此构成的放大器也受漂移和最初误差的影响。漂移和误差可以通过负反馈减到最小或者消除。运算放大器（op-amp）电路使用负反馈使电路的传递函数与放大器的参数（几乎所有）独立无关，同时，电路的传递函数取决于外部的无源元件。买到的这些外部的无源元件能够几乎达到任意漂移和精确指标，仅仅是其价格和体积限制了它们的使用

一旦反馈应用到运算放大器上，运算放大器电路就有可能变得不稳定。一类属于同一个系列（family）被称为内部补偿运算放大器（internally compensated op amps）放大器，它们有内部包含有时被认为可以消除不稳定的电容。虽然内部补偿的运算放大器在特定条件下运行时不应该振荡，但是很多却存在相对稳定的问题，使它们表现出较差的相频特性，回响（ringing），以及超调。唯一的具有绝对稳定的内部补偿运算放大器仅仅存在于没有通电的工作台上！所有其他的内部补偿运放在一定的外部电路条件下会振荡。

非内部补偿或者外部补偿（externally compensated op amps）运算放大器在没有附加的外部稳定元件是不稳定的。这是在很多情况下是一个缺点，因为它们需要额外的元件。但内部补偿的缺失使得高级电路设计者可以最大限度的挖掘出运放的性能（squeeze the last drop of perfomance）。你有两个选择：IC厂商生产的内部补偿的运放；或者你自己外部补偿。除了运放厂商的内部补偿之外，还必须在IC的外部进行补偿。很吃惊？内部补偿的运放要求外部补偿来满足苛刻的应用。

补偿通过增加外部元件来改变电路的传递函数从而变为绝对稳定来实现的。这里有几种不同的运放补偿方法，如你可能怀疑，每种补偿方法都有其正反面（pros and cons）。教你怎样补偿和怎样计算补偿结果是本应用笔记的目的。在运放电路被补偿以后，必须分析以确定补偿的效果。补偿加在闭环传递函数上的修正常常确定了哪种补偿方案最好。 2、推导公式

一个一般的反馈系统框图如图1所示。这个简单的框图用来确定任何系统的稳定状态已经足够了

输出和误差方程如下：

VOUT = EA ( 1 ) E = VIN - βVOUT ( 2 ) 联立（1）和（2）得到（3）

当Aβ远远大于1时，等式5简化成等式6.等式6叫做理想反馈方

（ideal feedback equation），因为它依赖假设条件 Aβ>> 1，在假设放大器具有理想性质条件下，这个方程有着广泛的用处。在假设条件 Aβ>> 1 下，系统增益由反馈因子（feedback factor） β 决定。稳定的无源元件用来实现 β因此，理想的闭环增益是

可以预见（predictable）并且稳定的，因为β是可以预见并且稳定的

（6）

Aβ 的值非常重要，以致被赋予了一个专门的名字 --环路增益（loop gain）。思考一下图2.当电压输入端被接地（电流输入端则开路），而且环路被断开，（此种情况下）计算的增益就是环路增益 Aβ。现在，牢记这（Aβ？）是具有幅值和方向的复数。当环路增益接近-1，或者用数学表达为 1∠180，等式 5 趋向无穷。电路的输出按照一条直线以其最快的速度趋向无穷大，如果电路的能量没有限制的话，这个电路将炸毁整个世界，但是它（电路）的能量由电源限制，所以这个世界才保存完好。

。

图2

电子电路中的有源元件在它们的输出接近电源的最大值时，具有非线性特性，非线性降低放大增益知道环路增益不再等于 1∠180 ，现在，电路可以做两件事：一是它在电源限制下变得稳定；二是它反转方向（因为存储得电荷使输出电压保持变化）变为负得最大值。 第一种电路变得稳定得状态叫做锁定（lockup），电路将保持锁定状态直到电源被移除。第二种电路在电源限制间跳动得状态叫做振荡器（oscillatory）。记住，环路增益 Aβ>> 1 唯一得决定一个电路或系统稳定得因子。计算环路增益时输入被接地或者被断开，所以它们对稳定性没有影响。环路增益将在稍后深入讨论。

等式 1 和 2 联立整理后得到方程 7 ，给出了系统或电路得偏差 （7）

首先，注意偏差正比于输入。这是期望的结果，因为较大得输入得到较大得输出，较大得输出需要较大得驱动电压。第二，环路增益反比于偏差。随着环路增益的增加，偏差减小，因此，环路增益在减小偏差方面很具有吸引力。大的环路增益同样会降低稳定性。所以，偏差和稳定性之间总有个折中。一个同相运算放大器如图３所示 图三

方程8是这个放大器的传递函数

(8) 方程9是输出方程

(9) 联

立

方

程

8

和

9

得

到

方

程

10 (10) 整理 10

得

到

11

，

即

电

路

的

传

递

函

数 (11) 为了方便逐项比较，方程 5 重复如下为方程 12 (12) 通过比较我们得到方程 13 ，也就是同相运放的环路增益方程。环路增益决定了电路的稳定性 (13) 方程 13 本可以通过断开反馈回路，也就是在B点，然后计算环路增益。这个方法稍后用来导出反相环路增益。同样，通过比较，直接增益(direct gain) A 视为 A = a，或者说反相运放的直接增益就是运放的增益。同相运放电路如图4所示 图4 传递方

程

在

方

程

(14)

给

出 (14) 节点电压由方程 15 表示，方程 16 联立 14 和 15 得

到： (15) (16) 方程 16 是反相放大器的传递函数