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Part 01
前言
运放的稳定性取决于运放的开环增益和反馈网络的相互作用。振荡通常与相位裕度和增益裕度不足有关,相位裕度也就是运放在闭环系统中的开环增益下降至 1(0dB)时的相位余量。常见的稳定设计目标是相位裕度 ≥ 45°。而增益裕度是系统相位达到 -180°(失稳条件)时的增益余量,通常要求增益裕度>6dB。
运放稳定性问题的主要来源有负载效应,比如电容性负载(如长电缆、电容滤波器)可能降低相位裕度,引起振荡。或者反馈网络中反馈电阻和电容形成的频率特性可能引入额外的极点或零点,影响稳定性。运放带宽不足或增益带宽积(GBW)不够可能导致闭环增益响应异常。以及PCB布线和元件寄生效应也可能引起高频振荡。
今天我们讲解的例子是运放输出放置电容后导致的运放稳定性问题。
Part 02
实例讲解
电容性负载会在运放输出端和地之间形成一个低通滤波器,输出阻抗 Rout和电容CL构成RC网络,产生一个附加极点。其截止频率fp为:
该极点降低了系统的相位裕度。在高频下,反馈信号的相位滞后可能接近或达到180°,与反相输入引脚的信号叠加,形成正反馈,导致振荡。
Part 03
如何解决?
在运放的反馈网络中添加一个小电容Cf,用于补偿高频相位延迟,可以在反馈路径引入一个零点,抵消输出负载电容引入的极点,改善稳定性。
方案3:选择合适的运放
选择具有大电容负载驱动能力的运放型号。例如:内部带有补偿机制的运放可以直接驱动电容性负载。
方案4:优化反馈网络设计
调整反馈电阻和电容的比例,优化系统的极点与零点分布,确保足够的相位裕度。
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