第19講 負反饋放大電路的穩(wěn)定性

1、第十九講 負反饋放大電路的穩(wěn)定性,一、自激振蕩產(chǎn)生的原因及條件,二、負反饋放大電路穩(wěn)定性的定性分析,三、負反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷,四、消除自激振蕩的方法,一、自激振蕩產(chǎn)生的原因及條件,1. 現(xiàn)象：輸入信號為0時，輸出有一定幅值、一定頻率的信號，稱電路產(chǎn)生了自激振蕩。一旦發(fā)生了自激振蕩，放大電路將不能進行正常放大工作了。,負反饋放大電路自激振蕩的頻率在低頻段或高頻段。,2. 原因,在用瞬時極性法判斷反饋極性時，都是基于放大電路在中頻段附加相移為0這一條件的。但在低頻段或高頻段的某一頻率f0處，若附加相移為，則反饋量的極性將必然與中頻時的相反，從而負反饋就變性為正反饋，可能就會產(chǎn)生自激振蕩。附加

2、相移為是放大電路產(chǎn)生自激振蕩的一個重要條件和原因。,（1）電擾動下，如合閘通電，必含有頻率為f0的信號；,（2）熱噪聲；,對 f = f0的信號，若附加相移為，則凈輸入量是輸入量與反饋量之和。,3. f0頻率信號的來源,對于f = f0 的信號，產(chǎn)生正反饋過程,輸出量逐漸增大，直至達到動態(tài)平衡，電路產(chǎn)生了自激振蕩。,（3）外來干擾。,在中頻段，凈輸入量是輸入量與反饋量之差：,由于電路通電后輸出量有一個從小到大直至穩(wěn)幅的過程，起振條件為,4. 自激振蕩的條件,負號表示相移附加180,振蕩頻率f0就是根據(jù)相位平衡條件計算得到的。,反饋深度,二、負反饋放大電路穩(wěn)定性的定性分析,附加相移由放大電路決定

3、; 振蕩只可能產(chǎn)生在高頻段。,設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)，放大電路為直接耦合形式。,對于產(chǎn)生180附加相移的信號頻率f0 ，有可能滿足起振條件，故引入負反饋后可能振蕩。,對于單級放大電路:,對于兩級放大電路:,對于三級放大電路:,什么樣的放大電路引入負反饋后容易產(chǎn)生自激振蕩？,三級或三級以上的直接耦合放大電路引入負反饋后有可能產(chǎn)生高頻振蕩；同理，耦合電容、旁路電容等為三個或三個以上的放大電路，引入負反饋后有可能產(chǎn)生低頻振蕩,放大電路的級數(shù)越多，耦合電容、旁路電容越多，引入的負反饋越深，產(chǎn)生自激振蕩的可能性越大。,環(huán)路放大倍數(shù)af越大，越容易滿足起振條件，閉合后越容易產(chǎn)生自激振蕩。,fc,fc,1.判

4、斷方法：通過環(huán)路增益 的頻率特性來判斷閉環(huán)后放大電路的穩(wěn)定性。,三、負反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷,電路不穩(wěn)定,電路穩(wěn)定,設(shè),結(jié)論：當 fc f0時，在f = f0處，電路同時滿足自激振蕩的相位條件和幅度條件，將產(chǎn)生自激振蕩。,電路穩(wěn)定,gm,幅值裕度,相位裕度,工程上一般gm10db，且m45， 負反饋放大電路才具有可靠的穩(wěn)定性。,2.負反饋放大電路的穩(wěn)定裕度,當環(huán)境溫度、電路參數(shù)及電源電壓等在一定范圍內(nèi)變化時，為保證放大電路仍能滿足穩(wěn)定條件，要求放大電路要有一定的穩(wěn)定裕度。,1. 幅度裕度 gm,2. 相位裕度 m,四、消除自激振蕩的方法,對于三級或三級以上的負反饋放大電路，如果產(chǎn)生了自激振蕩

5、，需采取適當措施破壞自激振蕩的幅度條件或者相位條件，以保證放大電路能穩(wěn)定工作。,設(shè)放大電路為直接耦合方式，反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)。常用的校正方法有減小反饋系數(shù)、滯后補償和超前補償?shù)确椒ā?最簡單的校正方法是減小反饋系數(shù)，使得在滿足相位條件的時候已經(jīng)不再滿足幅度條件。,但是，減小反饋系數(shù)，反饋深度下降，不利于放大電路在中頻區(qū)其他性能的改善，是一種消極的校正方法。,1.減小反饋系數(shù),減小f校正自激振蕩,特點：通頻帶不變； 反饋深度減小。,減小f校正自激振蕩是以減小反饋深度、損失其他性能為代價來消除自激振蕩的，是一種消極的校正方法。,減小反饋系數(shù)校正自激振蕩的波特圖：,不穩(wěn)定,穩(wěn)定,2.滯后補償（主極點

6、校正法）電容校正和rc 校正,（1）電容校正：比較簡單的消振措施是在負反饋放大電路的適當?shù)胤浇尤胍粋€電容。接入的電容對中、低頻信號基本不起作用；高頻時，容抗減小，使放大倍數(shù)降低，從而破壞自激振蕩的條件，使電路穩(wěn)定工作。,常用消振措施是在放大電路某個合適的位置并入電容或 rc 校正網(wǎng)絡(luò)（構(gòu)成滯后環(huán)節(jié)），改變放大電路的主極點，以消除自激振蕩。所謂主極點，就是放大電路的若干個上限頻率中最低的那個上限頻率。,在最低的上限頻率所在回路加補償電容，這樣使主極點左移。,補償電容 滯后網(wǎng)絡(luò),左移主極點校正自激振蕩,特點：通頻帶減??； 反饋深度不變。,補償前,補償后,最大附加相移為-135o,具有45o的相位裕

7、度，故電路穩(wěn)定,滯后補償法是以頻帶變窄為代價來消除自激振蕩的。,密勒補償本質(zhì)上等同于簡單電容補償，只是在獲得同樣補償?shù)那闆r下，補償電容比簡單電容滯后校正的電容要小得多。,在最低的上限頻率放大級輸入輸出端之間加補償電容(密勒電容)。,補償前,補償后,(2)密勒補償,閉環(huán)后只有兩個極點，一定不會產(chǎn)生自激振蕩，電路穩(wěn)定。,（3）rc滯后校正（消除次極點）,利用電阻、電容元件串聯(lián)組成的rc校正網(wǎng)絡(luò)加在產(chǎn)生最低的上限頻率放大級輸出端進行補償，這樣不僅可以消除自激振蕩，而且還可以改善通頻帶。,一般c ci2 ,r= ro1 / ri2 r,則,設(shè)補償前,則補償后,簡單補償后的幅頻特性,rc滯后補償?shù)姆l特

8、性,補償前,滯后補償法消振均以頻帶變窄為代價，rc滯后補償較簡單電容補償使頻帶的變化小些。 為使消振后頻帶變化更小，可考慮采用超前補償?shù)姆椒ā?rc 滯后補償與簡單滯后補償比較,3.超前補償,在放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)加超前補償電容，也可以破壞自激振蕩條件。,如圖是一個電壓串聯(lián)負反饋電路，反饋系數(shù)：,加上補償電容(超前網(wǎng)絡(luò)) 后,反饋系數(shù)：,波特圖：,顯然,考慮f1和f2的相對大小， f實際的波特圖(虛線)：,在f1和f2的之間，反饋量超前于輸出量，最大相移為90.,可以在放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)加超前補償電容，合適的選擇電容c，使反饋放大電路的fc處于超前網(wǎng)絡(luò)的f1和f2之間，超前網(wǎng)絡(luò)附加相移在090o之間

9、。這樣就可以使相頻特性的f0 fc，從而使放大電路消除自激振蕩。,fc,若反饋放大電路的f0 fc，則放大電路將產(chǎn)生自激振蕩。,減小f,電容校正 主極點左移,rc校正 消除次極點,超前校正,總結(jié)：無論是修正放大電路- (滯后補償包括簡單電容滯后、米勒補償、rc滯后補償) ，或者是修正反饋網(wǎng)絡(luò)- (減小f補償、超前補償) ，都可以用很簡單的電路來實現(xiàn)。如果放大電路不穩(wěn)定，只要將fc處理成小于f0，都可以達到電路消除電路自激振蕩的目的。本節(jié)重在理解掌握消除自激振蕩的基本思路和不同方法的特點，不在于具體計算補償元件的參數(shù)大小，實際工作中，都是通過實驗獲得理想的補償效果。,消除自激方法比較：,解：由2

10、0lg|amf|=60db，f=0.1，則am=104, 有三個極點頻率,即f0=105hz fc（106）,電路產(chǎn)生自激振蕩.,為了使電路不產(chǎn)生自激振蕩，可以減小f，設(shè)相位裕度 m45o，則選擇fc105hz，使 。,則在中頻區(qū),所以,討論1：如圖，f=0.1，寫出a的表達式，試問電路閉環(huán)后會產(chǎn)生自激振蕩嗎？若已知反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，則使電路不產(chǎn)生自激振蕩的f的上限值為多少？,當f=105hz時，,討論2：如圖，試問電路閉環(huán)后會產(chǎn)生自激振蕩嗎？若自激振蕩，則頻率f0=？若已知反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，用減小f法，則使電路不產(chǎn)生自激振蕩，f應(yīng)該減小為原來的多少倍？,f=10fh，,f=fh，,k0.01,減小f為kf,五、放大電路中的正反饋,引入的正、負反饋目標是一致的-增大輸入電阻。,自舉電路：通過引入正反饋，提高輸入端電壓的電路； 自舉電路可以增大輸入電阻。,負反饋,正反饋,1.自舉電路,