在高精度电路设计中，运算放大器的稳定性是决定系统性能的核心因素——基准缓冲器的输出抖动、栅极驱动的过冲振铃、跨阻放大器的信号失真，这些看似棘手的问题，本质上都源于电路稳定性不足。TI高精度实验室的《电路稳定性分析和补偿方案》培训课件，系统揭示了运放稳定性的底层逻辑与工程解决方案，本文将结合资料中的核心图表与公式，带大家从根源理解问题、精准识别隐患、高效落地补偿方案。
本文仅提炼了60页TI高精度实验室《电路稳定性分析和补偿方案》（完整课件扫码0门槛入群可下载）的部分核心内容，完整文档还包含：
•10个稳定性测验（含答案解析），快速检验掌握程度；
•模拟工程师计算器（TI免费工具）的实操教程；
•差分放大器环路断开技巧、反相输入端电容处理等进阶内容；
•30+仿真源文件与实测数据对比。
一、稳定性问题的核心根源：延迟与环路增益失衡
运放电路不稳定的本质，是输出到反馈的延迟与环路增益相位裕度不足的叠加。如图1所示，当信号从输出反馈到输入端的延迟过大时，反馈信号无法及时抵消输入偏差，反而会与输入信号叠加，引发振荡；而从理论层面看，当环路增益 
（即增益0dB、相移180°）时，闭环增益分母为0，电路彻底失控。
图1 输出到反馈的延迟导致稳定性问题（来源：TI高精度实验室）
哪些电路最容易出现稳定性隐患？文档明确列出了五大典型场景（图2）：
1.基准缓冲器：高容性负载与反馈电阻的组合易引入延迟；
2.电缆/屏蔽驱动：长电缆的分布电容 
等效为容性负载；
3.MOSFET栅极驱动：栅极电容与驱动电阻形成RC延迟网络；
4.跨阻放大器：光电二极管的寄生电容 
与大阻值反馈电阻 
叠加；
5.低功耗电路：大阻值电阻器与输入寄生电容构成低频极点。
图2 五大典型不稳定电路拓扑（来源：TI高精度实验室）
二、实验室精准识别稳定性问题：时域+频域双维度
识别稳定性问题不能依赖“凭感觉”，TI推荐采用“时域工具+频域工具”的组合方案，让隐患无所遁形。
1. 时域分析：示波器+函数发生器（快速筛查）
通过输入阶跃信号或方波信号，观察输出响应即可判断稳定性：
•振荡：直流输入下输出持续波动（图3左）；
•过冲与振铃：阶跃响应出现超出稳态值的尖峰并反复振荡（图3中）；
•不稳定直流电压：输出电压围绕期望值上下漂移；
•高失真：方波输出边缘模糊、波形畸变（图3右）。
图3 时域分析中的不稳定信号特征（来源：TI高精度实验室）
2. 频域分析：增益/相位分析仪（根源定位）
时域现象是表象，频域特性才是本质。通过波特图可直接观察环路增益的增益裕度与相位裕度：
•峰值与意外增益：环路增益曲线在某一频段出现异常抬升；
•快速相移：相位曲线在增益0dB附近快速逼近180°（图4）；
•核心判断标准：相位裕度（PM）需大于45°，否则为“接近稳定”，无法应对工艺波动。
图4 增益/相位分析仪测得的不稳定电路波特图（来源：TI高精度实验室）
关键理论：相位裕度与闭合速率（ROC）
文档明确了两个核心判据，是稳定性分析的“黄金法则”：
1.相位裕度（PM）：当环路增益 
时，实际相移与180°的差值。PM>45°为理想稳定，20° <PM<45°为临界稳定，PM<20°必振荡；< span> </PM<45°为临界稳定，PM<20°必振荡；<>
2.闭合速率（ROC）：开环增益 
与反馈因子倒数 
曲线的斜率差值。ROC=20dB/dec为理想稳定（图5左），ROC>20dB/dec（如40dB/dec）必不稳定（图5右）。
图5 稳定与不稳定电路的闭合速率对比（来源：TI高精度实验室）
三、工程化补偿方案：从原理到实操
针对最常见的容性负载导致的稳定性问题，TI文档给出了两种高可行性补偿方案，兼顾性能与成本。
方案1：隔离电阻 
补偿（简单高效）
核心原理
通过在运放输出与容性负载之间串联隔离电阻 
，引入一个零点来抵消容性负载与运放输出电阻 
形成的极点（图6），使闭合速率回归20dB/dec，相位裕度提升至60°-90°。
图6 
补偿的极点-零点抵消原理（来源：TI高精度实验室）
设计步骤（精准计算）
1.从运放 datasheet 中获取带负载的开环增益 
曲线，找到 
对应的频率 
；
2.根据负载电容 
计算 
：
示例：若 
，则 
；
3.验证：补偿后相位裕度应≥64°（图7），瞬态响应无振荡、过冲≤5%。
图7 
补偿后的波特图与瞬态响应（来源：TI高精度实验室）
优缺点
•优点：仅需1个电阻，成本低、易实现；
•缺点：
会产生压降，不适用于高精度电压跟随场景。
方案2：
+双反馈补偿（高精度场景首选）
针对 
压降问题，双反馈拓扑通过“直流反馈+交流反馈”的分离设计，既保留极点-零点抵消效果，又消除分压误差（图8）。
图8 
+双反馈补偿电路（来源：TI高精度实验室）
核心原理
•直流场景：反馈电容 
开路，通过电阻 
形成直流反馈，
，无分压误差；
•交流场景：反馈电容 
短路，
等效开路，交流反馈由 
与 
主导，实现极点-零点抵消。
设计步骤
1.沿用方案1的 
计算结果（如108Ω）；
2.反馈电阻 
（示例：
）；
3.反馈电容 
取值范围：
示例：
时，
（图9）。
图9 双反馈补偿的瞬态响应（
，无压降）（来源：TI高精度实验室）
四、仿真验证关键：标准开环SPICE配置
理论设计后需通过仿真验证，文档强调：开环仿真必须兼顾“直流闭环偏置”与“交流开环分析”，否则会出现输出饱和等错误结果（图10）。
图10 标准开环SPICE配置（直流闭环+交流开环）（来源：TI高精度实验室）
仿真核心步骤：
1.直流偏置：通过1T大电容 
和1T大电感 
实现闭环偏置，避免输出饱和；
2.交流分析：设置频率范围1Hz-10MHz，对数坐标，100个采样点；
3.曲线计算：通过后处理生成 
、
、
三条关键曲线；
4.相位裕度读取：将光标定位到 
处，读取环路相位值即为相位裕度。
五、获取完整资料：入群解锁干货
电路稳定性设计没有“一刀切”的方案，但掌握了延迟机制、相位裕度判据与补偿拓扑，就能应对90%以上的工程场景。
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