模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)課件66 負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性 67

1、01 FA， fA當(dāng) 當(dāng) 時(shí)時(shí)說明，此時(shí)放大電路沒有輸入信號(hào)，但仍有一定的輸出信說明，此時(shí)放大電路沒有輸入信號(hào)，但仍有一定的輸出信號(hào)，因此產(chǎn)生了自激振蕩。號(hào)，因此產(chǎn)生了自激振蕩。6.6負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性對(duì)于多級(jí)放大電路，如果引入過深的負(fù)反饋，可能引對(duì)于多級(jí)放大電路，如果引入過深的負(fù)反饋，可能引起自激振蕩。起自激振蕩。6.6.1 負(fù)反饋放大電路自激振蕩產(chǎn)生的原因和條件負(fù)反饋放大電路自激振蕩產(chǎn)生的原因和條件放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為：放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為：FAAA 1f在在中頻段，中頻段，0 FAAF在高、低頻段，放大倍數(shù)和反饋系數(shù)在高、低頻段，放大倍數(shù)和反饋系數(shù) 的模

2、和相角的模和相角都隨頻率變化，使都隨頻率變化，使 。11 FA一、自激振蕩產(chǎn)生的原因一、自激振蕩產(chǎn)生的原因fiiXXX 二、自激振蕩的平衡條件二、自激振蕩的平衡條件01 FA即：即：1 FA1 FA)()12(FA為整數(shù)為整數(shù)nn 幅值條件幅值條件相位條件相位條件自激振蕩過程如下：自激振蕩過程如下： oX iX oX fXfiiXXX 例：?jiǎn)喂茏枞蓠詈瞎采浞糯箅娐返念l率響應(yīng)例：?jiǎn)喂茏枞蓠詈瞎采浞糯箅娐返念l率響應(yīng) 270ouA0.707AumAumfLfHBWffOO 90o 180ofLfH6.6.2負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的定性分析負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的定性分析可見，在低、高頻段，放大電路分別產(chǎn)

3、生了可見，在低、高頻段，放大電路分別產(chǎn)生了 0 +90 和和 0 -90 的附加相移。的附加相移。兩級(jí)放大電路將產(chǎn)生兩級(jí)放大電路將產(chǎn)生 0 180 附加相移；三級(jí)放大附加相移；三級(jí)放大電路將產(chǎn)生電路將產(chǎn)生 0 270 的附加相移。的附加相移。對(duì)于多級(jí)放大電路，如果某個(gè)頻率的信號(hào)產(chǎn)生的附加對(duì)于多級(jí)放大電路，如果某個(gè)頻率的信號(hào)產(chǎn)生的附加相移為相移為 180o，而反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻，則：而反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻，則： 180FA 滿足自激振蕩的相位條件，如果同時(shí)滿足自激振蕩的滿足自激振蕩的相位條件，如果同時(shí)滿足自激振蕩的幅值條件，放大電路將產(chǎn)生自激振蕩。幅值條件，放大電路將產(chǎn)生自激振蕩。但但三級(jí)放大電路三級(jí)

4、放大電路，在深度負(fù)反饋條件下，對(duì)于，在深度負(fù)反饋條件下，對(duì)于某某個(gè)頻率個(gè)頻率的信號(hào)，既滿足相位條件，也滿足幅值條的信號(hào)，既滿足相位條件，也滿足幅值條件，可以產(chǎn)生件，可以產(chǎn)生自激振蕩自激振蕩。結(jié)論：結(jié)論：?jiǎn)渭?jí)放大電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；單級(jí)放大電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；兩級(jí)放大電路當(dāng)頻率趨于無窮大或趨于零時(shí)，雖兩級(jí)放大電路當(dāng)頻率趨于無窮大或趨于零時(shí)，雖然滿足相位條件，但不滿足幅值條件，所以也不然滿足相位條件，但不滿足幅值條件，所以也不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；一、判斷方法一、判斷方法利用負(fù)反饋放大電路環(huán)路增益的波特圖，分析利用負(fù)反饋放大電路環(huán)路增益的波特圖，分析是否同時(shí)滿足自激振蕩的幅值和相位條

5、件。是否同時(shí)滿足自激振蕩的幅值和相位條件。FA6.6.3負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷設(shè)滿足設(shè)滿足自激振蕩的幅值條自激振蕩的幅值條件頻率為件頻率為 fc滿足滿足自激振蕩的相位條件自激振蕩的相位條件頻率為頻率為 f0因?yàn)榇嬖谝驗(yàn)榇嬖?f0 ，且，且 f0 fc ，則電路則電路穩(wěn)定，不產(chǎn)生自激振蕩。穩(wěn)定，不產(chǎn)生自激振蕩。判斷方法小結(jié)如下：判斷方法小結(jié)如下：（1）若不存在）若不存在 f0 ，則則電路穩(wěn)定。電路穩(wěn)定。（2）若存在若存在f0 ，且，且 f0 fc ，則電路穩(wěn)定，不產(chǎn)生自激振蕩。則電路穩(wěn)定，不產(chǎn)生自激振蕩。fcf0例例1：某負(fù)反饋放大電路的波特圖為：某負(fù)反饋放大電路的

6、波特圖為：FAf / HZf / HZfofo60dB/lg20FA402000 90 180 AF(a)產(chǎn)生自激振蕩產(chǎn)生自激振蕩由波特圖中的相頻特由波特圖中的相頻特性可見，當(dāng)性可見，當(dāng) f = f0 時(shí)，相時(shí)，相位移位移 A F = -180，滿足滿足相位條件；相位條件；1 FA結(jié)論：當(dāng)結(jié)論：當(dāng) f = f0 時(shí)，電路同時(shí)滿足自激振蕩的相位條時(shí)，電路同時(shí)滿足自激振蕩的相位條件和幅值條件，將產(chǎn)生自激振蕩。件和幅值條件，將產(chǎn)生自激振蕩。此頻率對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)幅此頻率對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)幅頻特性位于橫坐標(biāo)軸之上，頻特性位于橫坐標(biāo)軸之上，即：即：結(jié)論：該負(fù)反饋放大電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，能夠穩(wěn)結(jié)論：該負(fù)反饋放大電路不

7、會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，能夠穩(wěn)定工作。定工作。1 FA例例2：由負(fù)反饋放大電路由負(fù)反饋放大電路 的波的波特圖可見，當(dāng)特圖可見，當(dāng) f = f0 ，相位相位移移 A+ F = -180 時(shí)，時(shí)，F(xiàn)Af / HZf / HZf0f060dB/lg20FA4020OO-90-180 AFfcfc利用波特圖來判斷自激振蕩利用波特圖來判斷自激振蕩(b)不產(chǎn)生自激振蕩不產(chǎn)生自激振蕩Gm二、穩(wěn)定裕度二、穩(wěn)定裕度當(dāng)環(huán)境溫度、電路參數(shù)及電源電壓等在一定范圍內(nèi)變當(dāng)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(shí)，為保證放大電路也能滿足穩(wěn)定條件，要求放大電路化時(shí)，為保證放大電路也能滿足穩(wěn)定條件，要求放大電路要有一定的穩(wěn)定裕

8、度。要有一定的穩(wěn)定裕度。1. 幅值裕度幅值裕度 Gmf / HZf / HZfofo60dB/lg20FA4020OO 90 180 AFfcfc)dB(lg200mffFAG 對(duì)于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大對(duì)于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路，電路，Gm 為負(fù)值。為負(fù)值。 Gm 值愈值愈負(fù)，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。負(fù)，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求一般要求 Gm -10 dB 。2. 相位裕度相位裕度 m 180FA 當(dāng)當(dāng) f = fc 時(shí)時(shí)，0lg20 FAcFAm180ff 相位裕度：相位裕度：對(duì)于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路，對(duì)于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路， m 為正值。為正值。 m 值愈值愈大，大，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。

9、負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求一般要求 m 45 f / Hzf / Hzfofo60dB/lg20FA402000 90 180 AFfcfc mGm圖圖 5.4.26.6.4 負(fù)反饋放大電路自激振蕩的消除方法負(fù)反饋放大電路自激振蕩的消除方法為保證放大電路穩(wěn)定工作，對(duì)于三級(jí)或三級(jí)以上的為保證放大電路穩(wěn)定工作，對(duì)于三級(jí)或三級(jí)以上的負(fù)反饋放大電路，需采取適當(dāng)措施破壞自激振蕩的幅值負(fù)反饋放大電路，需采取適當(dāng)措施破壞自激振蕩的幅值條件和相位條件。條件和相位條件。最簡(jiǎn)單的方法是最簡(jiǎn)單的方法是減小反饋系數(shù)減小反饋系數(shù)或反饋深度，使得在或反饋深度，使得在滿足相位條件時(shí)不滿足幅值條件。滿足相位條件時(shí)不滿足幅

10、值條件。但是，由于反饋深度下降，不利于放大電路其他性但是，由于反饋深度下降，不利于放大電路其他性能的改善，因此通常采用接入電容或能的改善，因此通常采用接入電容或 RC 元件組成元件組成校正網(wǎng)校正網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，以消除自激振蕩。，以消除自激振蕩。1.簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償 比較簡(jiǎn)單的消振措施是在負(fù)反饋放大電路的適當(dāng)?shù)乇容^簡(jiǎn)單的消振措施是在負(fù)反饋放大電路的適當(dāng)?shù)胤浇尤胍粋€(gè)電容。方接入一個(gè)電容。圖圖 6.6.4電容校正網(wǎng)絡(luò)電容校正網(wǎng)絡(luò)一、滯后補(bǔ)償一、滯后補(bǔ)償 接入的電容相當(dāng)于并聯(lián)在前一級(jí)的負(fù)載上，在中、低接入的電容相當(dāng)于并聯(lián)在前一級(jí)的負(fù)載上，在中、低頻時(shí)，容抗很大，所以這個(gè)電容基本不起作用。頻時(shí)，容抗很大

11、，所以這個(gè)電容基本不起作用。 高頻時(shí)，容抗減小，使前一級(jí)的放大倍數(shù)降低，高頻時(shí)，容抗減小，使前一級(jí)的放大倍數(shù)降低，從而破壞自激振蕩的條件，使電路穩(wěn)定工作。從而破壞自激振蕩的條件，使電路穩(wěn)定工作。簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償前后基本簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償前后基本放大電路的幅頻特性放大電路的幅頻特性虛線為補(bǔ)償前的幅頻特性虛線為補(bǔ)償前的幅頻特性實(shí)線為補(bǔ)償后的幅頻特性實(shí)線為補(bǔ)償后的幅頻特性當(dāng)當(dāng) f = fc時(shí)，時(shí)，)(FA趨于趨于-1350，即，即f0 fc ，并具有并具有450的相位裕度，的相位裕度，所以電路一定不會(huì)產(chǎn)生所以電路一定不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。自激振蕩。 圖圖6.6.3簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償前后基本放大簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償前后基本放大電

12、路的幅頻特性電路的幅頻特性2.RC滯后補(bǔ)償滯后補(bǔ)償 除了電容校正以外，還可以利用電阻、電容元件串除了電容校正以外，還可以利用電阻、電容元件串聯(lián)組成的聯(lián)組成的 RC 校正網(wǎng)絡(luò)來消除自激振蕩。校正網(wǎng)絡(luò)來消除自激振蕩。 利用利用 RC 校正網(wǎng)絡(luò)代替電容校正網(wǎng)絡(luò)，將使通頻帶變校正網(wǎng)絡(luò)代替電容校正網(wǎng)絡(luò)，將使通頻帶變窄的程度有所改善。窄的程度有所改善。圖圖 6.6.5RC 校正網(wǎng)絡(luò)校正網(wǎng)絡(luò)3.密勒效應(yīng)補(bǔ)償密勒效應(yīng)補(bǔ)償二、超前補(bǔ)償二、超前補(bǔ)償利用密勒效應(yīng)將補(bǔ)利用密勒效應(yīng)將補(bǔ)償電容、或補(bǔ)償電償電容、或補(bǔ)償電阻和電容跨接放大阻和電容跨接放大電路的輸入端和輸電路的輸入端和輸出端。出端。若若改變負(fù)反饋放大電路在環(huán)改

13、變負(fù)反饋放大電路在環(huán)路增益為路增益為0dB點(diǎn)的相位，使點(diǎn)的相位，使之超前，也能破壞其自激振之超前，也能破壞其自激振蕩條件，使蕩條件，使fo fc。通常將通常將補(bǔ)償電容加在反饋回路。補(bǔ)償電容加在反饋回路。例例6.6.2已知放大電路幅頻特性近似如圖已知放大電路幅頻特性近似如圖6.6.10所示。引所示。引入負(fù)反饋時(shí)，反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，且其參數(shù)的變化對(duì)入負(fù)反饋時(shí)，反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，且其參數(shù)的變化對(duì)基本放大電路的影響可忽略不計(jì)?；卮鹣铝袉栴}基本放大電路的影響可忽略不計(jì)?；卮鹣铝袉栴}：（1）當(dāng)）當(dāng)f103Hz，20lg A ？ A？（3）若想引入負(fù)反饋后電）若想引入負(fù)反饋后電路穩(wěn)定，則路穩(wěn)定，則

14、F 的上限值的上限值約為多少？約為多少？圖圖6.6.10例例6.6.2放大電路的幅頻特性放大電路的幅頻特性（2）若引入反饋后反饋）若引入反饋后反饋系數(shù)系數(shù)F=1，則電路是否會(huì)，則電路是否會(huì)產(chǎn)生自激振蕩？產(chǎn)生自激振蕩？解解：（1）當(dāng)）當(dāng)f103Hz，20lg A 60dBA的的表達(dá)式為表達(dá)式為23522H1H5)10j1)(10j1(10)j1)(j1(10ffffffA 00003318045459010arctan10arctan10arctan fffA 所以放大電路一定會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。所以放大電路一定會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。（2）由（）由（1）可知，）可知，f0=103Hz,且當(dāng)且當(dāng)f=f0時(shí)，因時(shí)，因F1，20lgAF60dB+20lgF0dB（3）為使）為使 f0=103Hz， 20lgAF0dB即即20lgAF60dB+20lgF0所以所以F0.0016.7 放大電路中的其它形式的反饋放大電路中的其它形式的