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運算放大器會發生振盪的內在原因淺析

在一些應用中,我們時常會使得放大器發生振盪,但在檢查又沒有找到相移元件(比如電容或電感)

通常,放大器要發生振盪必需滿足如圖1的條件;即時延的存在。

理想狀態,在反饋訊號到達反相輸入端時是完美的無延遲阻尼響應。運算放大器通過斜坡至最終閾值並在反饋訊號檢測到在適當輸出電壓時的閉合緩緩下降來進行響應。當反饋訊號延遲的時候問題就會進一步惡化。由於在環路中有延遲,放大器無法立即檢測到其達到最終閾值的程序,進而以過快地向正常輸出電壓移動的形式表現為過響應。請注意延遲反饋越多最初斜率也就越快。反相輸入無法及時接收到其已經達到並傳遞出正常輸出電壓的反饋。其將過沖目標並在最終建立時間前需要諸多連續的極性糾正。

如果是少量的延遲,您可能只是看到了一些過沖和振鈴。如果是大量的延遲,那麼這些極性糾正就會永無休止——進而形成振盪器。

延遲的根源通常是一個簡單的低通 R-C 網路。就所有頻率而言,這雖然不是一個恆定的延遲,但是該網路從 0° 到 90° 的逐漸相移會產生一個一階逼近的時延,td=RC。

最常見的有兩種情況,R-C 網路不經意間就會在我們的電路中形成。第一種情況是容性負載(請參見圖 2a)。電阻就是運算放大器的開環輸出電阻,當然電容器就是負載電容了。第二種情況是(請參見圖2b)反饋電阻和運算放大器的輸入電容形成了 R-C 網路。

對於第二種情況需要作一點點解釋:就簡單的 G=1 緩衝器而言通常不需要反饋電阻,因此更為常見的一種情況是在使用了一個反饋電阻和電阻接地的增益結構中(請參見圖 3)。R/C 電路中的這些並聯的電阻就形成了高效的 R。

在理論分析中,我們一般採用相移來描述是否產生振盪,它跟上述的時延的關係是什麼呢?

我們知道相移的公式如下:の=w*t;其中w=2*pi*f。(pi=3.14,f是訊號頻率)。