[经验] 放大电路产生超音频振荡(高频自激)

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技术员
发表于 2017-6-15 17:09:32   493 查看 1 回复 只看该作者 倒序浏览
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经常可以在示波器上看到或轻微或严重的高频振荡,叠加在音频波形上,让波形看起来很粗,我们今天就来针对这个来说一说。

    模拟放大电路可能在兆赫兹范围产生能够造成干扰的高频振荡,原因有下面几点:

    1、反馈环路的不稳定性
    2、去耦效果差
    3、输出状态的不稳定性

    不合理的布局产生的容性耦合和共阻抗耦合也是产生振荡的原因,今天不讲布线,这个就不讨论了。

    任何放大电路都应该考核它的高频稳定性,不管他在整个系统中的带宽是多少,就算是100kHz的带宽,你也要关心一下会不会出现1MHz以上不稳定性甚至震荡。

    1、反馈环路的不稳定性
    反馈的不稳定性是由于接近单位增益频率有过量的反馈,在这种情况下,放大器的相位裕量已经接近于临界值,也可能与对未补偿运算放大器的不正确补偿有关。这里指的不正确补偿,其实我们经常会出现,比如反馈电阻上的那个几个皮法到几十个皮法的小电容。这颗电容实际上并不是什么情况都能用的,要根据他的开环,闭环曲线,实际情况来计算的,亲!而且当引线很长的时候,在你需要解决的频率上,感性都已经胜过容性了。有的时候你不并上没事,画蛇添足并上了,反而电路就不稳定了。


蓝色的那一截就是相位裕度。增益为0处,相位距离-180度还差的那些度数,越大越好,最好不要小于45度。
2、去耦
    随着频率增大,电源抑制比会变差。在宽带电路中,电源中的高频成分耦合到电路里的现象是比较明显的。电源端的阻抗越高,就会存在更多的耦合。
    虽然在电源引脚上采用良好的去耦可以解决这个问题,但是典型的0.01~0.1uF大小的电容可能在兆赫兹范围与长的电源导线的寄生电感产生谐振,所以通常就会在1~10MHz范围出现于去耦有关的不稳定性问题。给一个1~10uF的电容并联一个低值的电容可以降低谐振频率,使电路Q值偏移到一个可控制的水平。尽管与电容串联的数欧姆的损耗也能够防止谐振问题的产生,但是电解电容的串联电感能与陶瓷电容产生谐振,反而使情形更加恶化。为了改善电源端的去耦效果,多级高增益放大器的输入级需要另外增加与每一级电路的电源串联的电阻或者铁氧体磁珠。
  3、输出状态的不稳定性
    容性负载与运算放大器的开环输出电阻一起作用能够使输出电压的相位滞后。这种增大的相移减小了反馈电路的相位裕量,可能引起振荡。一段没有端接的同轴线缆就是一个典型容性负载。为了解决输出的不稳定性,可以使用低值串联电阻来对输出电容进行去耦,并应用一个小的反馈电容增加一个高频直接反馈电路,补偿负载电容引起的相位滞后。如果关注的频率很高时,铁氧体磁珠是串联电阻可接受的替代物。

       总结一下,对于MHz级的高频振荡,布线不用多说,反馈补偿那部分很重要,去耦很重要,输出补偿也很重要。最重要的是,在这个频率,电容已经不再是纯电容,导线也不再是单纯的导线,任何一个元件以及连接线都集合了电阻电容电感于一身。

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发表于 2017-6-15 18:30:27  
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