运放振铃现象产生的原因及消除方法

运放振铃现象

振铃现象是一种高频波动，主要表现为电路或系统中的振荡和失真。运放振铃现象是指在运算放大电路中，输出信号在特定条件下产生的周期性振荡现象。这种振荡通常具有多个谐波分量，并且具有一定的振幅和频率。

振铃产生的原因

如下图所示：为一个同相比例放大电路，信号源频率为10K,幅值1V的方波。运放采用双电源供电。

从PCB板的寄生参数出发去分析它产生的原因。运放振铃产的原因就是由于反向输入端的寄生电容与反馈电阻构成了一个低通滤波器，低通滤波器会导致相位滞后。运算放大器同相端与反相端的电压差值放大无穷大倍，然而放大倍数又不可能无穷大，这就得益于输出端的反馈回路。当输出电压过大时，反馈到反相端的电压也会变大，进而输出端电压减小，当输出端电压过小时，反馈到反相端的电压就变小，进而使输出端的电压增大，这样的一个过程如此往复形成一个动态平衡，保持输出端电压稳定。

但是当反馈回路出现了延迟，会出现什么情况呢？那就是输出端的电压已经到达预定电压值了，可是由于反馈回路上的延迟，运放认为输出端的电压还没增加到达预定电压，还在继续增大输出电压，当运放反应过来之后又发现输出电压过大，又开始减小输出电压，当输出端的电压已经减小到达预定电压值了，同样由于延迟的存在，运放认为输出端的电压还没减小到预定电压，当运放反应过来时输出电压又低于预定电压了，然后又开始增大输出电压。循环往复，这就产生了振铃。

振铃产生案例

如下图所示：红色圈住的部分为人为加入的反相端寄生电容10nF,其他参数不变。

参数设置完毕，输出波形如下图所示：

振铃产生的原因包括：

1. 相位裕度不足

原因：相位裕度是指输入到输出之间的相位差。如果运算放大电路的相位裕度不足，可能引起正反馈路径中的信号增益和相位关系失衡，导致振铃。

解决方法：增加相位裕度，通过合适的相位校准或稳相网络确保系统稳定。

2. 负载容量过大

原因：负载容量过大会使电路的频率响应出现变化，影响系统的稳定性，易引发振铃。

解决方法：优化负载设计，减小负载电容，提高电路的带宽和稳定性。

3. 不恰当的频率补偿

原因：频率补偿不当会导致电路的频率响应不稳定，产生振铃现象。

解决方法：合理设计频率补偿电路，选择合适的补偿元件和参数。

4. 输入信号幅度过大

原因：输入信号幅度过大会超出运算放大器的线性范围，导致非线性失真和振铃。

解决方法：限制输入信号幅度，增加可调节的偏置电压等手段调整输入信号。

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