关于运算放大器自激震荡的讨论

关于运算放大器自激震荡的讨论

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_62361151/article/details/137881203

运算放大器（运放）在信号运算和有源滤波等应用场景中，容易出现自激震荡问题。本文详细探讨了运放自激震荡的原因、产生条件，并提供了具体的避免方法，对于电子工程师和相关从业者具有重要参考价值。

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