如何用電壓跟隨器使運(yùn)算放大器保持穩(wěn)定？

運(yùn)算放大器理想的工作狀態(tài)是輸出電壓和輸入電壓為同相位，因?yàn)槭秦?fù)輸入端印加電壓，所以當(dāng)輸出增大時(shí)，運(yùn)算放大器會(huì)促使輸出電壓降低而開(kāi)始動(dòng)作。但是，運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端的相位總有差異。當(dāng)輸出和輸出之間的相位相差180°時(shí)，負(fù)輸入與正輸入正好相同，原本應(yīng)該減少的輸出卻得到了增大。（成為正反饋的狀態(tài)。）如果在特定頻段陷入這一狀態(tài)，并且仍然保持原有振幅，那么就會(huì)產(chǎn)生該輸出頻率下的持續(xù)輸出誘發(fā)自振。

在實(shí)際應(yīng)用中，構(gòu)成電壓跟隨器并非象Fig18_1.那樣簡(jiǎn)單地將輸入端和輸出端直接連接在一起。至少輸出端是與某個(gè)負(fù)載連接在一起的。因此，必須考慮到該負(fù)載對(duì)放大器的影響。

例如，如Fig3.所示，輸出端和接地之間接電容時(shí)，這一容量與運(yùn)算放大器的輸出電阻構(gòu)成的時(shí)間常數(shù)造成相位滯后。（Fig2b.所示之狀態(tài)可能變化為Fig2c.所這時(shí)，環(huán)路增益在輸出電阻和C的作用下降低。同時(shí)，相位和增益之間不是比例關(guān)系，相位滯后成為決定性因素，使反饋環(huán)路失去穩(wěn)定，最糟糕時(shí)可能導(dǎo)致自振。單純地在電壓跟隨器的輸出端和接地之間連接電容時(shí)的穩(wěn)定性，不同運(yùn)算放大器之間存在差異。

為解決Fig3.出現(xiàn)的問(wèn)題，可采用Fig5.（a）、（b）所示方法。（a）圖中插入R，消除因CL而產(chǎn)生的反饋環(huán)路相位滯后。（在高頻區(qū)，R作為運(yùn)算放大器的負(fù)載取代了CL而顯現(xiàn)出來(lái)。）（b）則用C1來(lái)消除CL造成的相位滯后。

Fig4.是輸入端需要保護(hù)電阻的運(yùn)算放大器可能發(fā)生相位延遲造成自振問(wèn)題。為解決Fig4.的問(wèn)題，則可在輸入保護(hù)電阻上并聯(lián)一個(gè)尺寸適當(dāng)?shù)碾娙荨Ｒ话惚唤凶觥拜斎腚娙萑∠怠?，其值約為10pF～100pF。

用電壓跟隨器使運(yùn)算放大器保持穩(wěn)定的注意事項(xiàng)

使用電壓跟隨器來(lái)保持運(yùn)算放大器（Operational Amplifier，簡(jiǎn)稱 Op-Amp）穩(wěn)定時(shí)，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

1. 穩(wěn)定性分析： 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)電路進(jìn)行穩(wěn)定性分析，確保在所有工作條件下，電路不會(huì)產(chǎn)生振蕩或不穩(wěn)定的情況。這涉及到考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的相位和增益特性，以及電源的穩(wěn)定性。

2. 頻率補(bǔ)償： 電壓跟隨器可以用來(lái)提高運(yùn)算放大器的帶寬，但是需要注意頻率補(bǔ)償以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)中需要選擇合適的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以保證在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)都能夠維持良好的穩(wěn)定性。

3. 電源抑制： 運(yùn)算放大器的輸出受電源電壓的影響，特別是在高增益應(yīng)用中。因此，需要采取措施來(lái)抑制電源噪聲對(duì)輸出的影響，例如使用穩(wěn)壓器或濾波器來(lái)提供干凈的電源。

4. 溫度穩(wěn)定性： 溫度變化可能會(huì)影響運(yùn)算放大器的性能，特別是在高精度應(yīng)用中。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要選擇溫度穩(wěn)定性良好的器件，并考慮溫度補(bǔ)償電路來(lái)減小溫度變化對(duì)電路的影響。

5. 電路布局： 電路布局對(duì)于穩(wěn)定性至關(guān)重要。需要注意避免地線回路和信號(hào)回路之間的干擾，以及降低電源線和信號(hào)線之間的交叉耦合。此外，需要合理布局元件，以降低噪聲和干擾的影響。

6. 負(fù)載影響： 運(yùn)算放大器的輸出受負(fù)載的影響，特別是在大電流應(yīng)用中。需要確保負(fù)載電阻對(duì)電路穩(wěn)定性的影響可以接受，并采取措施來(lái)保護(hù)運(yùn)算放大器免受負(fù)載變化的影響。

通過(guò)注意以上問(wèn)題，可以有效地使用電壓跟隨器來(lái)保持運(yùn)算放大器的穩(wěn)定性，并確保系統(tǒng)的性能滿足設(shè)計(jì)要求。

審核編輯：黃飛