关于运算放大器自激震荡的讨论

 1.自激震荡的原因

  运放用在信号运算和有源滤波时,是工作在负反馈状态,运放反相输入和输出之间就一定有连接。当输出信号延迟时,也就是发生了相移,反馈信号不能及时传递,放大器不会立即检测到其达到最终值的进度。它会以过快地冲向适当输出电压的方式过度反应,延迟小,则会产生过冲和振铃,延迟大,则会发生震荡。附加相移使负反馈在一定条件下变成正反馈,从而发生自激振荡现象。

2.自激震荡的产生

1.运放反相输入端与GND之间接有电容

运放反相输入端与GND之间接有电容会产生严重的震荡(极个别运放除外,如opa350),该种情况在设计时一定要注意避免

若想反相放大时对输入进行低通滤波,则需采用下图方式,计算放大倍数时用电容两侧的电阻之和,计算截至频率只用左侧电阻

2.运放反相输入端与GND之间有寄生电容

运放反相输入端与同层和下面层的·GND之间有寄生电容也会造成运放不稳定和自激振荡,PCB布局时应注意:

1.摆放器件时将器件靠近反相输入端,让反相输入端的面积越小越好,如下图两种方式面积较小

2.让反相输入端与GND铺铜的距离大一点,或者反相输入端覆盖区域底部挖空,多层板一挖到底

3.单电源供电时反相输入端与参考电压之间接电容

该种情况也会震荡

4.运放输出端与对地电容

运放输出端与地之间允许接电容,能接电容的最大值要看数据手册(一般为pf,nf级别)有些特殊运放可以接到uf级如opa350 ,超过最大值也会产生震荡

3.如何避免自激震荡

1.相位补偿

在反相输入端和输出端之间并联电容,实现相位补偿,还与反馈电阻组成低通滤波器,但所接电容不要太大最好小于nf级,会使相位补偿过度。

2.减少反相输入端与地之间的寄生电容

如2.2中所说的两种在pcb上减少寄生电容的方法,还可以在设计上优化。如下图电压跟随器

若在反馈路径上不串电阻,会使得pcb布局时反相输入端面积很大,串上电阻后,在电阻到输出端之间的连线就不用考虑与地之间的寄生电容了。

3.减少运放输出端对地的电容

一是减少输出端对地的寄生电容,跟反相类似,可挖空铺铜,也可在输出端串联一个5.1欧姆或10欧姆的电阻,这样从电阻出来的走线就不用考虑寄生电容了

                  

输出端若要接大电容也是采用串联个小电阻的方式

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