如何避免运放负反馈产生的自激振荡?

嵌入式ARM 2020-10-31
1、选择合适的增益,选择合适的增益电阻
对任何一个选定的运放,在它能够实现的最小增益的基础上,适当提高闭环增益,可以有效提高系统稳定性。增益电阻尽量选择小的,以降低CIN-的作用。
2、设计PCB图时,尽量减小杂散电容,特别是C IN-
电路板设计时一般都会需要进行覆铜操作,覆铜操作的本质目的是增大地线面积,进而减小地线电阻和电感。但是覆铜操作也会带来两个问题:第一,它与同层信号线之间就形成了很长很长很长的近距离间隙,也就是很大的电容,如下图 1 中的 C 1 。第二,它与其他层的信号线形成了层间电容,如图 1 的C 2 ,这些杂散电容,都会引起系统不稳定。
图 1
因此,在电路设计时,注意以下几点:
  • 运放负输入端及其连接线的下方,绝对不要覆铜,或者覆铜后实施挖空操作。图 2 给出了一个PCB布线挖空覆铜的实例;
  • 运放负输入端、输出端及其连接线的同层周边,一定要与覆铜保持足够大的间距。间距大了,覆铜就会减小;
  • 环路中的电阻,尽量不要使用电位器。

    图 2
3、尽量不要驱动大电容负载,必须驱动大电容负载的,使用裕度大的运放。或者串联隔直电阻。

图 3
有些电路并没有使用大电容负载,PCB 布线也符合规则。但在使用示波器观察输出波形的时候却发生了振荡。此时需要注意的是,示波器使用的电缆线,是存在输入电容的,这些输入电容可能导致运放振荡。解决的方法也很简单,将输出点串联一个隔直电阻R ISO,比如50Ω,再连到示波器的电缆线上即可。这样间接说明第 3 点的解决思路,当运放输出接大电容负载时,可以在运放输出端和大电容之间串一个隔直电阻。如图 3 所示。
注:C IN-      运放负端的杂散电容
       RISO   隔直小电阻
部分内容参考:Analog Circuit III, 作者 Professor Yang

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