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需要注意的是，这里有个前提条件，那就是放大电路工作是稳定的。也就是说，它不会自激振荡。今天，我们分析一下负反馈放大电路自激振荡相关的问题。 一、自激振荡产生的原理 如下图所示，我们先来回顾一下负反馈放大电路的基本原理。
上图中，负反馈放大电路在引入了反馈量之后，放大电路的净输入Xid将减小，所以Xi和Xf是同相位的。也就是说，通过基本放大电路A和反馈网络F的处理之后，信号变化了整数个周期，有相移角φa+φf=2n*180°。 上面的分析是基于信号处于中频区域，电路中的电抗性元器件影响不明显；当信号处于高频或低频区时，电路中的电抗性元器件的影响增大，基本放大电路的增益A和反馈网络的反馈系数F的相位都会随频率产生变化，从而使得Xf与Xi不再同相位，进而产生附加相位。 当在某一频率下，A和F的附加相位达到180°时，就会使φa+φf = (2n+1)*180°，即Xf与Xi变成了反相，放大电路由负反馈变成了正反馈！ 进一步地说，当正反馈较强时，以至于达到-Xf=Xid时，则此时电路没有输入，也能产生输出信号，即发生了自激振荡。 以自激振荡的条件分析，当-Xf=Xid时，因为Xid·A·F=Xf，则环路增益A·F=-1（这里的A和F都是复数）。也就是说，它满足幅值条件和相位条件：|A·F|=1且φa+φf=（2n+1）*180°。 为了突出附加相位的关系，相位条件也常写为Δφa+Δφf =±180°。 所以，在满足上述幅值条件和相位条件时，电路可以保持振荡的状态。另外，一般情况下，当相位条件满足Δφa+Δφf =±180°且|A·F|>1时，更容易起振。此时电路更容易由一个小幅振荡越变越大，最终达到电路的电源可提供的最大振幅。 二、稳定工作的条件 要知道，自激振荡的条件需要满足相位条件、幅值条件。所以，如果想要抑制电路自激，只要破坏任意一个条件即可，即要求|A·F|>=1时，|φa+φf|<180°；或者当φa+φf=±180°时，|A·F|<1。 我们在环路增益A·F的波特图上进行分析，如下图所示，这是一个放大电路的环路增益波特图示例。
我们将|A·F|和φa+φf的图形横坐标（频率）对齐，然后进行一下比对。 当|A·F|=1时，也即20lg|A·F|=0时，频率为f0，对应到附加相移φa+φf图形上，可以看到此时相移是小于180°的，所以不会自激振荡。 当然，也可以通过相位条件反推，当相位条件满足时，频率为图中f180，对应到幅值图形中，可以看到增益Gm的对数是小于0的，即|A·F|<1，也不会自激振荡。 上图中，增益为0dB的相位与180°的差值φm称为相位裕度；而Gm与0dB的差值称为增益裕度。 工程上一般要求φm>=45°或Gm<=-10dB，以保证电路在外界干扰、环境变化、电路参数等条件变化时仍能保持良好的稳定性。 下面，我们用几个简单的例子来说明一下。 1、不满足自激条件的电路仿真 如下图所示，这是一个简单的电压跟随器电路，负载是一个纯电阻。
我们使用波特图仪仿真出它的环路增益波特图，第一个图是幅频响应，第二个图是相频响应。 可以看到，第一幅图中，这个电路的环路增益始终比0dB小（最大为-0.004dB，频率到1.9MHz时约为-10.9dB），所以不会自激振荡。 而第二幅图中，相频响应要到2.98MHz才能使相移到145°左右，此时幅频响应是要远小于0dB的，所以也不会自激振荡。而且，这个电路有比较大的相位裕度和增益裕度。 2、可能自激的情况 如下图所示，仍然是同样的电压跟随器电路，但负载是一个电阻并联电容。
我们都知道，运放驱动电容性负载是很容易发生振荡的，那么实际分析情况如何呢？ 可以看到，第一幅图中，这个电路的环路增益起始为0dB，之后有一个升高的尖峰，此区间增益是大于0dB的；到9.205kHz时降为1.75dB，此时仍然是大于0dB的。 而第二幅图中，相频响应在9.205kHz时，相移为-179.4°，接近-180°，此时是非常容易自激振荡的。 三、运放自激振荡的补偿 运放自激振荡时，一般可以通过以下几种方法解决： 一是，当振荡由分布电容、电感等引起时，可通过反馈端并联电容，抵消影响。 如下图所示，反相比例放大电路中，输入处有分布电容Cin，这个电容会引起一定的相位滞后，在一定频率下会使得电路振荡。解决办法是在反馈电阻R2上并联一个电容Cf，称为相位超前补偿；增加Cf后可以使得0dB点的频率后移。一般Cf取值为几pf至几十pf，大于Cin即可。
二是，振荡是由于运放驱动容性负载引起，可以在输出端串接小电阻消除。 运放驱动容性负载，会使得反馈信号滞后，可以在输出处串接一个小电阻，减弱电容对反馈信号的滞后作用。这属于环路外补偿，如下图所示：
上图中，可以看到在有容性负载的输出处串联了一个5.1Ω的小电阻后，已经没有大于0dB的点，而且相位裕度也很大。 三是，降低环路增益。 前两种方法都是通过调整电路的相位来实现的，在某些时候，可以降低电路的环路增益（即减少反馈量，增大闭环增益）来解决振荡问题。 比如，某些种类的运放在闭环放大倍数小于1时，不能稳定工作，此时可以调整参数，增大其闭环增益A（即减小F），则可以稳定工作。 来源：小白白学电子 |
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