為什么運(yùn)算放大器會(huì)發(fā)生振蕩――兩種常見(jiàn)原因淺析

雖然 Bode 圖是一種很不錯(cuò)的分析工具，但是您可能沒(méi)有還發(fā)現(xiàn)該圖太過(guò)直觀了。就運(yùn)算放大器不穩(wěn)定和振蕩而言，Bode 圖這是對(duì)常見(jiàn)原因的一種直觀表述。

在反饋信號(hào)到達(dá)反相輸入端時(shí)就會(huì)發(fā)生如圖 1 中所示的完美的無(wú)延遲阻尼響應(yīng)。運(yùn)算放大器通過(guò)斜坡至最終閾值并在反饋信號(hào)檢測(cè)到在適當(dāng)輸出電壓時(shí)的閉合緩緩下降來(lái)進(jìn)行響應(yīng)。

當(dāng)反饋信號(hào)延遲的時(shí)候問(wèn)題就會(huì)進(jìn)一步惡化。由于在環(huán)路中有延遲，放大器無(wú)法立即檢測(cè)到其達(dá)到最終閾值的進(jìn)程，進(jìn)而以過(guò)快地向正常輸出電壓移動(dòng)的形式表現(xiàn)為過(guò)響應(yīng)。請(qǐng)注意延遲反饋越多最初斜率也就越快。反相輸入無(wú)法及時(shí)接收到其已經(jīng)達(dá)到并傳遞出正常輸出電壓的反饋。其將過(guò)沖目標(biāo)并在最終建立時(shí)間前需要諸多連續(xù)的極性糾正。

如果是少量的延遲，您可能只是看到了一些過(guò)沖和振鈴。如果是大量的延遲，那么這些極性糾正就會(huì)永無(wú)休止——進(jìn)而形成振蕩器。

延遲的根源通常是一個(gè)簡(jiǎn)單的低通R-C 網(wǎng)絡(luò)。就所有頻率而言， 這雖然不是一個(gè)恒定的延遲，但是該網(wǎng)絡(luò)從 0° 到 90° 的逐漸相移會(huì)產(chǎn)生一個(gè)一階逼近的時(shí)延，td=RC。

最常見(jiàn)的有兩種情況，R-C 網(wǎng)絡(luò)不經(jīng)意間就會(huì)在我們的電路中形成。第一種情況是容性負(fù)載(請(qǐng)參見(jiàn)圖 2a)。電阻就是運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)輸出電阻，當(dāng)然電容器就是負(fù)載電容了。

第二種情況是(請(qǐng)參見(jiàn)圖2b)反饋電阻和運(yùn)算放大器的輸入電容形成了 R-C 網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)敏感的電路節(jié)點(diǎn)電路板連接也是電容的重要因素。請(qǐng)注意這兩個(gè)電路具有相同的反饋環(huán)路，唯一不同的是輸出的節(jié)點(diǎn)不同。從環(huán)路穩(wěn)定性的角度來(lái)說(shuō)，他們會(huì)產(chǎn)生同樣的問(wèn)題。延遲反饋的這兩個(gè)因素通常都會(huì)起作用——如果兩個(gè)因素同時(shí)作用的話會(huì)帶來(lái)更大的麻煩。

對(duì)于第二種情況需要作一點(diǎn)點(diǎn)解釋：就簡(jiǎn)單的 G=1 緩沖器而言通常不需要反饋電阻，因此更為常見(jiàn)的一種情況是在使用了一個(gè)反饋電阻和電阻接地的增益結(jié)構(gòu)中(請(qǐng)參見(jiàn)圖 3)。R/C 電路中的這些并聯(lián)的電阻就形成了高效的 R。

關(guān)于反饋放大器的Bode 分析我們還有很多要學(xué)習(xí)的方面。因此該有關(guān)反饋路徑中的延遲或相移如何影響穩(wěn)定性的簡(jiǎn)單直觀表述有助于您診斷并解決一些最常見(jiàn)的穩(wěn)定性問(wèn)題。