你的放大器是否可能自激振荡?

描述

下面简单推导一下反馈满足振荡的幅度条件|AF|=1时的相位裕量与时域的阶跃响应定性关系,这个有较强的工程应用意义。

一般放大器工程应用的相位裕量最好大于45°,接近60°最好,再大基本没有意义,反而影响阶跃响应速度,而相位裕量低于30°时,就要注意排板和容性负载问题,在高增益时可能自激振荡。特别注意下面的相对误差函数|D(jw)|与相位裕量的公式:

负载电容

负载电容

负载电容

相位裕量为45°时,在相位裕量角频率出的实际响应比理想大31%,在阶跃响应上会出现一个小尖峰,但电路可以稳定工作。

负载电容

随着相位裕量减小,尖峰越来越大,慢慢变成衰减振荡,当相位裕量为0或负时就自激振荡了。

相位裕量不为0或也不为负,而出现衰减振荡时,理论上应该不会自激振荡,但实际上往往自激振荡,因为理论分析没有考虑很多实际影响,比如器件的输入电容、走线的分布电容、负载电容、器件模型的精度、温度、电源电压等等的作用与影响,这些都可能加大信号延迟相位,而导致电路实际工作时自激振荡,所以一般理论分析或测试的相位裕量小于30°时就应该采取电路补偿措施来避免自激振荡了:比如引入相位超前网络、零极点补偿等。

负载电容

简单的方法就是看阶跃响应的过冲情况,过冲有衰减振荡或过冲幅度较大,就应该考虑防止振荡的预防性措施了,最简单的就是在反馈网络上并联小电容形成相位超前补偿效果。

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