自激振荡原因分析(上)

品慧电子讯你是否遇到过这样的情况：在KTV唱歌时，当麦克风位置不合适或者音量过大时，喇叭中会出现一种非常难听的啸叫，捂住麦克风、赶紧降低功放音量、或者将麦克风转个方向，都是我们常用的解决方法。这个难听的啸叫，其实就是放大器的自激振荡。

你是否遇到过这样的情况：在KTV唱歌时，当麦克风位置不合适或者音量过大时，喇叭中会出现一种非常难听的啸叫，捂住麦克风、赶紧降低功放音量、或者将麦克风转个方向，都是我们常用的解决方法。这个难听的啸叫，其实就是放大器的自激振荡。

理论上说，自激振荡是指当放大器加电后，还没有加载输入信号，输出端就出现了高频的类似于正弦波一样的波形。

实际中，还有另外一种情况，也属于自激振荡。当输入某些信号时，输出是正常的，一旦改变输入信号幅度或者频率到某些特定值，输出波形在原基础上会叠加更高频率的振荡信号。

自激振荡的条件有以下两点：

1.假设运放的附加相移为 φ A ，反馈网络的附加相移为 φ F ，当φ A +φ F =-180°，原本的负反馈，就会演变成正反馈。如下示意图:

2.整个环路增益必须大于1，才能使得很微小的信号一旦在环路中产生，就会越来越大。

以运放 ADA4899-1 为例，其开环幅频特性、相频特性下图所示。为了分析简化，我们假设运放组成了一个电压跟随器，即反馈系数F=1，φ F=0°。

以下两种方法判定：

1.假定相移φ A=-180°，在图中可以找到相频特性对应点为700MHz，在此频率下对应的幅频特性曲线为-3dB，增益环路<1，故不满足幅度条件，不会发生自激振荡。

2.假定增益为1，即0dB，找到对应频率为310MHz，此时的相移为-123°其相移绝对值< 180°，因此不可能产生自激振荡。此相移和-180°的差值，称为相位裕度，为 57°。

这说明，ADA48990-1，在设计成跟随器，且电路布线合乎规则时，是不会发生自激振荡的。

增益裕度和相位裕度理解:

相位裕度定义：在运放开环增益和开环相移图中，当运放的开环增益为 1 时，开环相移值减去-180°得到的数值。

增益裕度定义：在运放开环增益和开环相移图中，当运放的开环相移为-180°时，增益dB值取负，或者是增益值的倒数。

理解：

1.相位裕度和增益裕度越大，说明放大器越容易稳定；

2.相位裕度可以看作是系统进入不稳定状态之前可以增加的相位变化，相位裕度越大，系统越稳定，但同时时间响应速度减慢了，因此必须要有一个比较合适的相位裕度。一般在45°左右比较合适。

3. 我们需要注意的是，所有运放，在任何频率下，都只存在滞后相移，即相移为负值。在极低频率处，相移接近于 0 且小于 0，随着频率的上升，很快相移就进入到稳定的-90 度，然后走向-180 度甚至-270 度。

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