消除放大器電路的自激振蕩

南華大學(xué)黃智偉系列■■在放大器反饋回路中增加一個(gè)電容器可以消除放大器電路的自激振蕩在電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的培訓(xùn)和競(jìng)賽過(guò)程中，放大器是各賽題的基本組成部分。放大器電路的自激振蕩幾乎是做過(guò)放大器的同學(xué)都遇到過(guò)的問(wèn)題：一個(gè)放大器模塊今天測(cè)不振蕩，放一天來(lái)測(cè)就有振蕩了，搞搞又不振蕩了，但問(wèn)題也沒(méi)有找到；單級(jí)放大器模塊不振蕩，兩級(jí)連接在一起就振蕩了，分開測(cè)試都不振蕩 ；十分糾結(jié)。使用0P放大器時(shí)，振蕩是大問(wèn)題之一。振蕩使輸出中產(chǎn)生預(yù)料之外的振幅和頻率信號(hào)。而且，振蕩并非總是穩(wěn)定地在同樣狀態(tài)下產(chǎn)生。放大器是一會(huì)兒振蕩，一會(huì)兒不振蕩，神出鬼沒(méi)，實(shí)在難以捕捉。因此，在一定的條件下做試驗(yàn)，即使當(dāng)時(shí)沒(méi)有振蕩，此電路也不一定就穩(wěn)定，條件改變后也許就會(huì)振蕩。在調(diào)試過(guò)程中，當(dāng)輸入為零時(shí)，輸出總是處于飽和狀態(tài)，或示波器的熒光屏上總是有一定幅值和頻率的輸出電壓，這就是自激振蕩現(xiàn)象。約大多數(shù)自激振蕩都是周期性的，故可以在示波器的熒光屏上調(diào)出穩(wěn)定的信號(hào)。一些復(fù)雜的電路，可能同時(shí)產(chǎn)生頻率不同的振蕩。當(dāng)電路中存在有很強(qiáng)的寄生反饋時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生間歇振蕩。間歇振蕩的包絡(luò)頻率通常較低，當(dāng)包絡(luò)內(nèi)的高頻振蕩頻率超出示波器的通頻帶時(shí)，在熒光屏上觀察到的只是低頻振蕩。鑒別其究竟是真正的低頻寄生振蕩，還是高頻的間歇振蕩，可以改變電路的接線或用手觸摸電路的某些部位。如果是低頻自激振蕩，不會(huì)受微小的寄生電容、電感的影響。受到影響而使振蕩的幅度發(fā)生明顯變化的，則必定是高頻間歇振蕩。要定量確定振蕩等異?，F(xiàn)象，需要使用示波器。實(shí)際上，用示波器觀測(cè)到的振蕩是各種各樣的。經(jīng)常發(fā)生的振蕩示意在圖1中。圖1(a)(d)就是在原來(lái)的信號(hào)上，信號(hào)波形看起來(lái)稍有變化。而擴(kuò)大后(如圓圈內(nèi)所示)看起來(lái)呈正弦波形。圖1(b)是積分器發(fā)現(xiàn)的例子。在輸出端基本觀測(cè)不到，可以在虛擬短路的輸入端之間觀測(cè)到。圖1(c)(e)是振蕩得很厲害的例子。0P放大器的振蕩波形中，通常振幅小的是正弦波，振幅大時(shí)就近似于鋸齒波或三角波。注意，即使使用示波器一些高頻率、小振幅的振蕩，有時(shí)也會(huì)看漏。使用示波器時(shí)，請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)：①光點(diǎn)始終調(diào)整為小、靈敏。②不要對(duì)自動(dòng)或自由振蕩明線用完不管，要全部使用觸發(fā)模式。③探頭需要校正，要在了解了自己的示波器性能后使用。

圖1放大器上所見到的自激振蕩波形作為直流放大器的0P放大器也會(huì)產(chǎn)生意外高的頻率而振蕩，例如741也可能產(chǎn)生500kHz~1MHz振蕩。振蕩的發(fā)生是要有條件的，當(dāng)一個(gè)電路的增益和相位滿足振蕩條件時(shí)（振幅平衡條件和相位平衡條件），將產(chǎn)生自激振蕩（見模擬電子技術(shù)教材）。如圖2所示，一個(gè)放大器電路可以分為如下3個(gè)部分：①是“放大器部分”；②是“反饋部分”;③是電源和地，以及電源的旁路電容器等［［日］岡村迪夫.0P放大器設(shè)計(jì)［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.9］。引起放大器電路自激振蕩與這3個(gè)部分有關(guān)：放大器部分與放大器的放大倍數(shù)和頻率的特性，以及相位補(bǔ)償有關(guān)；反饋部分與反饋電阻是否是純電阻，或者輸入和負(fù)載所加的電容量有關(guān)；第③部分范圍非常廣范，看起來(lái)似乎并不重要，但解決起來(lái)卻很費(fèi)事。~1 1!:■Hir-IJEF1 .I~1 1!:■Hir-IJEF1 .IJkZ3g石WQftdctffTJrCn1■圖2放大器電路可以分為3個(gè)部分要消除自激振蕩，破壞其振蕩條件即可。如圖3所示，在反饋回路中增加一個(gè)電容器Cf,這樣做的目的是為了在振蕩頻率附近降低放大器的開環(huán)增益，破壞自激振蕩條件［［日］岡村迪夫.0P放大器設(shè)計(jì)［M］.北京：科學(xué)出版社，200