### 运算放大器自激震荡电路设计大总结
#### 运放振荡的基本条件
在探讨运算放大器（简称运放）自激震荡电路设计之前，我们需要理解运放发生自激震荡的基本条件。根据文档描述，运放发生自激震荡必须满足两个条件：
1. **环路增益大于1**：即环路内的总增益绝对值 |AF| 必须大于或等于1。这里的 A 表示运放的开环增益，而 F 则代表反馈系数。具体而言，A = Xo / Xi（输出电压与输入电压之比），F = Xf / Xo（反馈电压与输出电压之比）。
2. **相位条件**：反馈信号与输入信号之间的相位差必须在360度以上，并且存在至少180度的附加相位差（这通常是由于采用了负反馈接到运放的反向输入端）。
#### 振荡判断方法
判断运放是否会自激震荡的一个常用方法是检查系统的相位裕度。具体来说，在满足20lg|AF|=0的情况下，即环路增益等于1（0dB）时，系统开环传递函数 G(S) * H(S) 的相位偏移是否超过了180度。这里的“穿越频率”指的是使得 G(S) * H(S) 的增益为1的频率点，即在对数坐标下的0dB线与相位变化曲线的交点。
#### 消除自激的方法
根据文档内容，避免运放发生自激震荡可以采取两种基本策略：
1. **减少环路增益**：通过减小反馈系数 F 来降低环路增益。对于电阻反馈网络，F 的最大值为 1，此时电路呈现电压跟随器的形式。但是这种方法会增加运放的增益误差，并且在实际应用中，闭环增益往往是固定的，因此这种方法的适用范围有限。
2. **增大相位裕度**：确保在穿越频率点上，系统开环传递函数 G(S) * H(S) 的相移与180°保持一定的裕量。通常建议的裕量为 45°，即要求 G(S) * H(S) 的相移小于 135°。
#### 相位补偿技术
为了达到上述的目标，可以采用不同的相位补偿技术，包括滞后补偿、超前补偿以及滞后-超前补偿等。
- **滞后补偿**：这种补偿方式会使相移滞后，从而降低主极点的频率，缩小放大器的带宽。这种方式类似于 RC 低通滤波器的效果。
- **超前补偿**：这种方式则会使相移超前，并在幅频特性曲线上引入一个零点，从而拓宽放大器的带宽，类似于 RC 高通滤波器的作用。
针对负载中存在的容性成分（CL），环路增益会在输出电阻和 CL 的作用下降低，此时相位滞后成为决定性的因素。文档还提到了两种补偿方法：
1. **环路外补偿——超前补偿**：适用于小容性负载（≤1500pF 或负载阻抗固定的情况）。通过在运放输出端和负载电容之间串联一个电阻 RX 来实现，其阻值一般在 10-100Ω 范围内。
2. **环路内补偿——超前补偿**：适用于大容性负载（>1500pF 或负载阻抗不确定的情况）。将 RX 放置在反馈环路内部，并在反馈电阻上并联一个反馈电容 CF（用于消除输入电容及杂散电容形成的极点）。典型的 RX 值为 50-200Ω，CF 大约在 3-10pF。
通过上述方法，我们可以有效地控制和避免运放发生自激震荡，确保电路稳定运行。这些理论和技术对于设计高性能电子设备至关重要。
