最简单的自激振荡电路

自激振荡的产生原理

我们先回顾一下负反馈放大电路的基本原理框图。

在这一原理框图中，当引入了反馈量后，放大电路的净输入会减小。信号经过基本放大电路A和反馈网络F的处理，相位变化整数个周期，即相移角φa与φf之和为2n180°。这是基于信号处于中频区域的假设，此时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域时，电路中的电抗性元器件的影响会增大。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，导致Xf与Xi不再同相位，产生附加相位。当A和F的附加相位达到180°时，φa与φf之和会变成(2n+1)180°，即Xf与Xi变成了反相，放大电路由负反馈转变为正反馈。

进一步地，当正反馈足够强时，即使在没有输入的情况下也能产生输出信号，即发生了自激振荡。满足自激振荡的条件是-Xf=Xid，此时环路增益A·F = -1（这里A和F都是复数），满足幅值条件和相位条件：|A·F| = 1 且 φa+φf = (2n+1)180°。相位条件也可以表达为Δφa+Δφf =±180°来突出附加相位的关系。

稳定工作的条件

自激振荡的抑制需要满足特定的幅值条件和相位条件。要抑制电路自激，只需任意一个条件。在环路增益A·F的波特图上进行分析是一种常见的方法。

通过比对|A·F|和φa+φf的图形与频率的关系，可以确定电路是否可能自激振荡。当|A·F|=1时，对应的相移小于180°，电路不会自激振荡。反之，当相位条件满足时，对应的环路增益小于1，电路也不会自激振荡。

工程中一般要求相位裕度φm≥45°或增益裕度Gm≤-10dB，以确保电路在各种条件下都能保持良好的稳定性。

举例说明

接下来通过几个简单的例子来说明这一原理。

a）不满足自激条件的电路仿真

例如一个电压跟随器电路，负载是一个纯电阻。通过波特图仪仿真出它的环路增益波特图，可以观察到这个电路的环路增益始终小于0dB，因此不会自激振荡。

b）可能自激的情况

同样是电压跟随器电路，如果负载是一个电阻并联电容，那么运放驱动电容性负载时很容易发生振荡。在这种情况下，电路的环路增益在某一频率区间内会大于0dB，同时相位响应接近-180°，使得电路非常容易自激振荡。

运放自激振荡的补偿

当运放出现自激振荡时，可以通过以下几种方法解决：

a) 针对由分布电容、电感等引起的问题，可以通过反馈端并联电容来抵消影响。在反相比例放大电路中，可以在反馈电阻上并联一个相位超前补偿电容，以移动0dB点的频率。

b) 如果振荡是由于运放驱动容性负载引起的，可以在输出端串接小电阻来消除。这属于环路外补偿。