负反馈放大器不稳定的原因和解决措施（转载，欢迎拍砖）

负反馈放大器不稳定，原因是多种多样的。能够找出尽可能多的不稳定因素，进行分析、分类，会对整个系统的设计有帮助，也会针对原因进行补偿。
1 负反馈放大器振荡的原因通俗解释

想起我有个中学的同学，最后成为公交车司机的故事。
当时他直接学大巴，学车教练我认识，也是大巴司机，讲过我这位同学开始开车上路时，在路上“画龙”。
意思就是车不走直路，左右摇摆个不停。

是什么原因能产生“画龙”呢？
比如发现车向右跑偏了，那么就左打方向，没想到矫枉过正，左打过多，结果又向左偏了，然后赶快再向右打方向，打的过大又造成右偏，如此反复，就形成一个来回弯曲的曲线，而且弯曲的幅度还不减少，这就是振荡了。

究其原因有几个：
一个是感官迟钝，发现跑偏时其实偏离已经很大；
二是反应迟钝，即便发现了偏离，但没有及时进行纠正；
三是纠偏动作过大；
四是纠偏速度太快；

对比负反馈放大器，第一个问题可能因为检测的非线性过大、有死区，比如普通光耦如果直接用电压驱动，那就有死区，所以要加偏置，形成静态工作点。
第二个问题常见，其实就是相移，或延迟，这是放大器振荡最主要的原因。
第三个问题就是放大倍数太大了，环路增益太高，造成过调节。
那么为什么不把放大倍数做小一些？其实减小放大倍数是常用的一种稳定措施，当然倍数太小了也不行，会产生稳态误差，详见后面的名词解释：环路增益。
比如开车的时候方向已经跑偏，但你的放大倍数不够，使得反过来转动方向盘的角度不足，那就不能完全纠正过来。
放大倍数大也不是，小也不是，到底如何做呢？

第四个问题，我们可以理解为车不理想，方向盘转动后轮子没有马上跟着转，这样开车的人心急继续转动方向盘，等车轮反应过来后，就偏动作就太大了，造成了反向偏离，由此振荡。所以，对于慢速响应系统，调节的速度也一定要慢下来。上述给运放加电容措施，实际上也是同时放慢了调节速度，因此实际上问题三和四是密切相关的，也可以说是用牺牲速度来换取稳定，但碰到这种反应慢的系统，负反馈放大器也没有什么好的办法，除了引入微分环节外（详见后面PID控制）。

2 不稳定系统的类型
不稳定系统，是指被控制对象比较复杂或比较特别，或对控制有某些要求（过冲、速度等），采用普通控制放大器会产生振荡，必须进行补偿，才能保持稳定。

积分型
比如用力量控制速度开车，本来速度维持在50公里，油门开度是20%，要提高到60公里，那么策略是加大油门到50%，过一段时间速度接近或达到后，再把油门关小到25%。
不稳定的情况，油门给的过大，已经提高到60公里了才收油，造成车速超过60形成过冲，此时再缩小油门，结果又造成车速过低，再加油，这样形成振荡。
积分型在电路里广泛存在，比如一个RC滤波。数学上看，积分型就是一个一阶系统，只包含一个储能元件比如电容或电感，可以引起最多90度相移。


二次积分型
比如用力量移动一个车，开始静止，首先要加大油门得到速度，速度积分得到位置/距离，快要接近目标时刹车（负输出）。
不稳定的情况，开车速度太快，车已接近目标才开始刹车，结果刹不住，走过了。这样还要开倒车，但倒车达到目标了才刹车，就也倒多了，然后还要再向前开，结果又超了，如此反复震荡。
2次积分型实际上就是一个二阶系统，当然一个二阶系统还有别的形式，比如LC滤波器，总之，就是二个独立的储能元件，这在电路中也是广泛存在的。二阶系统最多引起180度相移，这足以让整个系统振荡。

延时型
命令下去后，暂时没有反应，结果下第二道命令。没想到有延迟，结果造成过量调节，再下反命令，如此振荡。
对于一个10ms周期的信号，延时1ms不算什么，只有1/10周期，也就是36度。但对于2ms周期的信号，延时1ms就是半个周期了，也就是相当于180度，不得了。对于1ms或更高频率的信号，1ms的延时相当于360度甚至更大的相移，此时如果环路增益>1，必振无疑。

3 不稳定的具体原因
负反馈放大器本身有180度相移，运放自身在常见频率范围内有85度到90度的相移，再加一个RC极点会有85度到89.99度的相移，这样加起来，就非常接近360度了，但就是不到360度，因此，为了能达到360度引起振荡，除了上述原因外，仍需额外因素。


常见的引起负反馈放大器不稳定的原因包括：
1、感性负载
线圈负载，电磁铁，电感，较长的引线

2、容性负载
长线电缆、滤波电容、RC滤波。

3、容性输入
输入电容大，错误“滤波”。

4、LC滤波
这种在某些开关电源里常见。

5、RR输出，LDO
轨到轨输出和低压差稳压，都是为了提高电源利用率为目标，压降只有一个饱和电压，这样就是势必采取共射或共源电路，因此具有电压放大，这样势必让环路其余部分工作在比单位增益还要低的增益下，使得运放的高频主极点浮出0dB线，成为不稳定因素。

6、两级或多级放大
不稳定原因之一同上，多级放大器都具备电压增益的话，环路增益太高；
另一个原因在于每个放大器都具有相移，合起来相位就更大。

7、系统延迟
延迟等价为增益不变、波形不变，但相移严重。
例如1ms的延迟，对于10Hz相位滞后只有3.6度，对于100Hz相位滞后为36度，但对于1000Hz相位滞后就是360度了。回头看，300Hz滞后108度，此时若增益合适，就完全可能振荡起来。不仅如此，对于随后每增加1000Hz或正数倍，都会让相位达到360度的倍数，因此产生多个可能的振荡频率点。

4 针对不稳定原因，稳定性放大器设计思路

1、把稳定性作为设计工作的一部分，先期加以考虑，而不是等到最后电路出现不稳定因素后才去补偿；
2、即便如此，也很可能最终电路出现不稳定情况，因此电路板要留有常用补偿元件位置和空余空间；
3、参考经典、成熟的电路；
4、尽可能进行电路仿真，并改变参数成为最坏可能，进行瞬态分析（比如阶跃信号响应）和交流分析（比如Bode图）
5、极端参数下的考虑和仿真，比如最大电流、空载、极端输出电压、高温等场合，负载为感性或容性。
6、快速响应系统，要注重布线、杂散参数影响，大电流高频部分做好隔离和屏蔽。
7、元件采用较高速度的。由于频率增加使得环路增益降低到1以后，一切都变得不重要了。采用高速器，就可以在这个频率之前认为是理想的、不增添额外相移，因此不会惹麻烦。到底多高速度算高，要看对系统响应的要求，慢速系统的场合（毫秒或秒级），那大多数元器件都会满足“高速”的要求。
8、慎重采用功率MOS管。MOS管其实可以算成高速器件，没有存储效应，轻易ns级响应，但问题是栅极电容和密勒电容比较大，使得很难驱动，形成较大的相移。当然，一旦驱动速度上去了，是没有问题的。

应该从增益, 频率特性和相位裕度等角度分析.