運放振鈴現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及消除方法-KIA MOS管

運放振鈴現(xiàn)象

振鈴現(xiàn)象是一種高頻波動，主要表現(xiàn)為電路或系統(tǒng)中的振蕩和失真。運放振鈴現(xiàn)象是指在運算放大電路中，輸出信號在特定條件下產(chǎn)生的周期性振蕩現(xiàn)象。這種振蕩通常具有多個諧波分量，并且具有一定的振幅和頻率。

振鈴產(chǎn)生的原因

如下圖所示：為一個同相比例放大電路，信號源頻率為10K,幅值1V的方波。運放采用雙電源供電。

從PCB板的寄生參數(shù)出發(fā)去分析它產(chǎn)生的原因。運放振鈴產(chǎn)的原因就是由于反向輸入端的寄生電容與反饋電阻構(gòu)成了一個低通濾波器，低通濾波器會導(dǎo)致相位滯后。運算放大器同相端與反相端的電壓差值放大無窮大倍，然而放大倍數(shù)又不可能無窮大，這就得益于輸出端的反饋回路。當(dāng)輸出電壓過大時，反饋到反相端的電壓也會變大，進(jìn)而輸出端電壓減小，當(dāng)輸出端電壓過小時，反饋到反相端的電壓就變小，進(jìn)而使輸出端的電壓增大，這樣的一個過程如此往復(fù)形成一個動態(tài)平衡，保持輸出端電壓穩(wěn)定。

但是當(dāng)反饋回路出現(xiàn)了延遲，會出現(xiàn)什么情況呢？那就是輸出端的電壓已經(jīng)到達(dá)預(yù)定電壓值了，可是由于反饋回路上的延遲，運放認(rèn)為輸出端的電壓還沒增加到達(dá)預(yù)定電壓，還在繼續(xù)增大輸出電壓，當(dāng)運放反應(yīng)過來之后又發(fā)現(xiàn)輸出電壓過大，又開始減小輸出電壓，當(dāng)輸出端的電壓已經(jīng)減小到達(dá)預(yù)定電壓值了，同樣由于延遲的存在，運放認(rèn)為輸出端的電壓還沒減小到預(yù)定電壓，當(dāng)運放反應(yīng)過來時輸出電壓又低于預(yù)定電壓了，然后又開始增大輸出電壓。循環(huán)往復(fù)，這就產(chǎn)生了振鈴。

振鈴產(chǎn)生案例

如下圖所示：紅色圈住的部分為人為加入的反相端寄生電容10nF,其他參數(shù)不變。

參數(shù)設(shè)置完畢，輸出波形如下圖所示：

振鈴產(chǎn)生的原因包括：

1. 相位裕度不足

原因：相位裕度是指輸入到輸出之間的相位差。如果運算放大電路的相位裕度不足，可能引起正反饋路徑中的信號增益和相位關(guān)系失衡，導(dǎo)致振鈴。

解決方法：增加相位裕度，通過合適的相位校準(zhǔn)或穩(wěn)相網(wǎng)絡(luò)確保系統(tǒng)穩(wěn)定。

2. 負(fù)載容量過大

原因：負(fù)載容量過大會使電路的頻率響應(yīng)出現(xiàn)變化，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，易引發(fā)振鈴。

解決方法：優(yōu)化負(fù)載設(shè)計，減小負(fù)載電容，提高電路的帶寬和穩(wěn)定性。

3. 不恰當(dāng)?shù)念l率補償

原因：頻率補償不當(dāng)會導(dǎo)致電路的頻率響應(yīng)不穩(wěn)定，產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象。

解決方法：合理設(shè)計頻率補償電路，選擇合適的補償元件和參數(shù)。

4. 輸入信號幅度過大

原因：輸入信號幅度過大會超出運算放大器的線性范圍，導(dǎo)致非線性失真和振鈴。

解決方法：限制輸入信號幅度，增加可調(diào)節(jié)的偏置電壓等手段調(diào)整輸入信號。

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