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Part 01、前言
运算放大器的稳定性设计是保证运放电路性能和可靠性的重要环节。若设计不当，可能会导致电路振荡、不稳定甚至功能失效。很多硬件工程师在设计运算放大器电路时，往往只关注运放的失调电压，增益，共模抑制比这些参数，经常会忽略运算放大器的稳定性设计，或者说不理解运算放大器的稳定性设计到底是怎么一回事，更有甚者会觉得自己采集的是直流信号，又不是什么高频交流信号，没必要关注运算放大器的稳定性设计，这些观念都是不对的，今天我们就借助一个运放输出产生振荡问题的例子来说明运算放大器稳定性设计是怎么一回事，以及如何解决这一问题。。
运放的稳定性取决于运放的开环增益和反馈网络的相互作用。振荡通常与相位裕度和增益裕度不足有关，相位裕度也就是运放在闭环系统中的开环增益下降至 1（0dB）时的相位余量。常见的稳定设计目标是相位裕度 ≥ 45°。而增益裕度是系统相位达到 -180°（失稳条件）时的增益余量，通常要求增益裕度>6dB。
运放稳定性问题的主要来源有负载效应，比如电容性负载（如长电缆、电容滤波器）可能降低相位裕度，引起振荡。或者反馈网络中反馈电阻和电容形成的频率特性可能引入额外的极点或零点，影响稳定性。运放带宽不足或增益带宽积（GBW）不够可能导致闭环增益响应异常。以及PCB布线和元件寄生效应也可能引起高频振荡。
今天我们讲解的例子是运放输出放置电容后导致的运放稳定性问题。
Part 02、实例讲解
下图是一个电压跟随器电路，输出端有一个470nF的电容，输入波形是一个周期2ms，占空比50%的方波，通过仿真发现输出波形存在很严重的振荡问题。
输出波形振荡：
原因分析：闭环反馈系统依赖于精确的反馈信号来调节输出。如果反馈网络引入了额外的延迟或相位偏移，则可能导致系统失稳。运放输出端是有等效电阻Rout，此电阻和外部470nF负载电容会引入一个额外的极点，从而改变系统的频率特性，降低相位裕度。
电容性负载会在运放输出端和地之间形成一个低通滤波器，输出阻抗 Rout和电容CL构成RC网络，产生一个附加极点。其截止频率fp为：
该极点降低了系统的相位裕度。在高频下，反馈信号的相位滞后可能接近或达到180°，与反相输入引脚的信号叠加，形成正反馈，导致振荡。
Part 03、如何解决？
方案1：串联电阻在运放输出端与负载电容之间串联一个小电阻Rs，形成电阻-电容（RC），隔离运放的输出阻抗Rout和负载电容CL的直接耦合，降低极点对相位裕度的影响。电阻的典型值为10Ω−100Ω，具体值需通过仿真和实验确定。比如在运放输出端串联10Ω电阻，重新仿真，发现运放输出端不再发生振荡。
运放输出端波形：
方案2：增加外部补偿电容
在运放的反馈网络中添加一个小电容Cf，用于补偿高频相位延迟，可以在反馈路径引入一个零点，抵消输出负载电容引入的极点，改善稳定性。
方案3：选择合适的运放
选择具有大电容负载驱动能力的运放型号。例如：内部带有补偿机制的运放可以直接驱动电容性负载。
方案4：优化反馈网络设计
调整反馈电阻和电容的比例，优化系统的极点与零点分布，确保足够的相位裕度。
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