你是否遇到過這樣的情況：在KTV唱歌時，當麥克風位置不合適或者音量過大時，喇叭中會出現一種非常難聽的嘯叫，捂住麥克風、趕緊降低功放音量、或者將麥克風轉個方向，都是我們常用的解決方法。這個難聽的嘯叫，其實就是放大器的自激振蕩。

理論上說，自激振蕩是指當放大器加電后，還沒有加載輸入信號，輸出端就出現了高頻的類似于正弦波一樣的波形。

實際中，還有另外一種情況，也屬于自激振蕩。當輸入某些信號時，輸出是正常的，一旦改變輸入信號幅度或者頻率到某些特定值，輸出波形在原基礎上會疊加更高頻率的振蕩信號。

自激振蕩的條件有以下兩點：

1.假設運放的附加相移為 φ A ，反饋網絡的附加相移為 φ F ，當φ A +φ F =-180°，原本的負反饋，就會演變成正反饋。如下示意圖:

2.整個環路增益必須大于1，才能使得很微小的信號一旦在環路中產生，就會越來越大。

以運放 ADA4899-1 為例，其開環幅頻特性、相頻特性下圖所示。為了分析簡化，我們假設運放組成了一個電壓跟隨器，即反饋系數F=1，φ F=0°。

以下兩種方法判定：

1.假定相移φ A=-180°，在圖中可以找到相頻特性對應點為700MHz，在此頻率下對應的幅頻特性曲線為-3dB，增益環路<1，故不滿足幅度條件，不會發生自激振蕩。

2.假定增益為1，即0dB，找到對應頻率為310MHz，此時的相移為-123°其相移絕對值< 180°，因此不可能產生自激振蕩。此相移和-180°的差值，稱為相位裕度，為 57°。

這說明，ADA48990-1，在設計成跟隨器，且電路布線合乎規則時，是不會發生自激振蕩的。

增益裕度和相位裕度理解:

相位裕度定義：在運放開環增益和開環相移圖中，當運放的開環增益為 1 時，開環相移值減去-180°得到的數值。

增益裕度定義：在運放開環增益和開環相移圖中，當運放的開環相移為-180°時，增益dB值取負，或者是增益值的倒數。

理解：

1.相位裕度和增益裕度越大，說明放大器越容易穩定；

2.相位裕度可以看作是系統進入不穩定狀態之前可以增加的相位變化，相位裕度越大，系統越穩定，但同時時間響應速度減慢了，因此必須要有一個比較合適的相位裕度。一般在45°左右比較合適。

3. 我們需要注意的是，所有運放，在任何頻率下，都只存在滯后相移，即相移為負值。在極低頻率處，相移接近于 0 且小于 0，隨著頻率的上升，很快相移就進入到穩定的-90 度，然后走向-180 度甚至-270 度。

自激振蕩像得病一樣，重在防御。可從以下方面入手。

1）設計 PCB 時，盡量減小雜散電容，特別是CIN-。下圖進行說明：

同一層的兩個相鄰節點間。比如某根信號線，和周邊的覆銅 GND 之間，以及和周邊的焊點之間有雜散電容C1；

不同層上下之間。比如元件層的線，和焊接層的大面積 GND 之間，如圖中 C2；

一般的，雜散電容可以達到 pF 數量級。這是不可忽視的。這些雜散電容和電路中的電阻，很容易形成低通網絡，有可能引起電路穩定性下降。

電路舉例，如下圖：

設計一個同相比例器，做成實際電路板后，就出現了三個雜散電容：CIN+、CIN-、COUT

CIN+ 與信號源內阻 R S （或者前級放大電路的輸出電阻）組成了一個低通網絡，但是這個低通網絡不在反饋環內，它只會影響不同頻率輸入信號到達放大電路輸入端的比率，進而影響放大電路的帶寬，而不會引起任何穩定性問題。

CIN-與電阻 R 2 和 R 1 的并聯，共同組成了一個環路內的低通網絡。由于電阻 R 2 和 R 1 的并聯遠大于運放的輸出電阻，這導致非常小的 CIN- ，就可以產生巨大的作用。因此，在電路設計中降低運放負輸入端電容，就非常關鍵。

COUT會在反饋環路中引入一個低通網絡，有可能引起環路的穩定性下降。

注意敷銅：

覆銅的本質目的是增大地線面積，進而減小地線電阻和電感。但是覆銅操作也會帶來兩個問題：

第一，它與同層信號線之間就形成了很長很長的近距離間隙，也就是很大的電容C1。
第二，它與其他層的信號線形成了層間電容C 2 。這些雜散電容，都會引起系統不穩定。

如圖：

運放負輸入腳及其連接線的下方，絕對不要覆銅，或者覆銅后實施挖空操作。

運放負輸入腳、輸出腳及其連接線的同層周邊，一定要與覆銅保持足夠大的間距。建議此間距要大于 20mil。

2）選擇合適的增益和合適的增益電阻
對任何一個選定的運放，在它能夠實現的最小增益基礎上，適當提高閉環增益，可以有效提高系統穩定性。

增益電阻盡量選擇小的，以降低 CIN-的作用。

因為CIN-的旁路作用使放大器的高頻響應變差，其頻帶的上限頻率約為：fH=1／(2πR2CIN-)，若R2的阻值較大，上限頻率嚴重下降，同時引入的滯后相位可能引起振蕩。理論上，如果要實現 10 倍同相增益，用10kΩ 對 1kΩ，就沒有用 1KΩ 對 100Ω 好。

3）盡量不要驅動大電容負載，必須驅動大電容負載的，使用裕度大的運放。一般可在運放輸出端串聯一個幾十歐姆的小電阻起隔離作用。

4 ) 最常見的做法是在反饋電阻中并聯一個小電容Cf。

Rin、Cf網絡與R2、CIN-網絡構成相位補償。Rin、Cf將引起輸出電壓相位超前，由于不能準確知道CIN-的值，所以相位超前量與滯后量不可能得到完全補償，一般是采用可變電容Cf，用實驗和調整Cf的方法使附加相移最小。若R2=10kΩ，Cf的典型值絲邊3～10pF。對于電壓跟隨器而言，其Cf值可以稍大一些。

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