5.6負(fù)反饋放大電路的自激.ppt

1、HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,5.6 負(fù)反饋放大電路的自激,5.6.1 產(chǎn)生自激振蕩的原因,5.6.2 產(chǎn)生自激振蕩的條件,5.6.3 負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的 判斷方法,5.6.4 自激振蕩的消除,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,負(fù)反饋放大電路之所以能夠產(chǎn)生自激振蕩的原因，是因為在放大電路中存在RC環(huán)節(jié)。于是在放大電路的高頻段或低頻段會產(chǎn)生附加相移，如果附加相移的量足夠大，使負(fù)反饋變成正反饋。 例如在中頻條件下，放大電路有180的相移，在其他頻段電路中如果出現(xiàn)了附加相移AF，且AF達(dá)到180，使總的相移為360，負(fù)反饋就變?yōu)?/p>

2、正反饋。如果幅度條件滿足要求，放大電路產(chǎn)生自激。因反饋網(wǎng)絡(luò)一般由阻容元件構(gòu)成，所以， F=0。,5.6.1 產(chǎn)生自激振蕩的原因,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,從反饋的基本方程式：,此式相當(dāng)負(fù)反饋。當(dāng)輸入信號處于放大電路的低頻段或高頻段時，放大電路產(chǎn)生的附加相移達(dá)到180左右時，負(fù)反饋將轉(zhuǎn)變?yōu)檎答?，放大電路有可能自激。附加相?對于串聯(lián)電壓負(fù)反饋，在中頻段反饋電壓 與輸入電壓 同相，因此凈輸入,凈輸入為,(n為0,1,2),HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,設(shè)輸入為0，在某種擾動、干擾的作用下，其中含有f0 的成分，使附加相移

3、 ，反饋性質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)檎答?，由此產(chǎn)生了輸出信號，有如下過程：,最后由于半導(dǎo)體器件的非線性特性，限制了輸出的進(jìn)一步增長，達(dá)到一個平衡狀態(tài)。此時，輸出的自激信號頻率 f0 處于低頻段或高頻段，放大電路將不能對正常信號進(jìn)行放大。,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,根據(jù)反饋放大電路的方框圖和由反饋的基本方程式，將輸入端接0，則有 的分母為0。,當(dāng) 時，相當(dāng)放大倍數(shù)為無窮大，也就是輸入為，放大電路就有輸出，放大電路產(chǎn)生了自激。將 改寫為,圖06.05.01 放大電路自激方框圖,5.6.2 產(chǎn)生自激振蕩的條件,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,

4、又可寫為幅度平衡條件和相位平衡條件,式(06.09)中 是環(huán)路增益的模；式(06.10)中AF是環(huán)路的附加相移。,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,以上討論已經(jīng)指出了判斷負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的途徑。實際上負(fù)反饋越深，在放大電路的高頻段或低頻段越容易滿足附加相移的自激條件。不過在工程上采用所謂波特圖的方法來判斷放大電路是否穩(wěn)定，即是否產(chǎn)生自激。,在放大電路的低頻段和高頻段是由RC高通環(huán)節(jié)和RC低通環(huán)節(jié)產(chǎn)生附加相移AF的。單級放大電路在低頻段和高頻段一般只有一個RC環(huán)節(jié)產(chǎn)生附加相移，最多90 ；對于兩級放大電路有兩個RC環(huán)節(jié)產(chǎn)生附加相移，最多180，但附加相移達(dá)到1

5、80時，幅度為0，已經(jīng)不能滿足自激的幅度條件，也不能產(chǎn)生自激； 對于三級放大電路會有三個RC高通環(huán)節(jié)和RC低通環(huán)節(jié)，在附加相移等于180時，只需要每一節(jié)RC環(huán)節(jié)平均AF=60 ，此時放大電路具有產(chǎn)生自激的可能。以下以直接耦合具有三個極點的放大電路為例加以討論。,5.6.3 負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷方法,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,5.6.3.1 波特圖的繪制,有效地判斷放大電路是否能自激的方法，是用波特圖。不過前面波特圖的Y 軸坐標(biāo)是20lgA，單位是分貝，X 軸是對數(shù)坐標(biāo)，單位是赫茲。有一個三極點直接耦合開環(huán)放大電路的頻率特性方程式如下,根據(jù)給定的頻率

6、特性方程，放大電路在高頻段有三個極點頻率fp1、fp2和fp3。105代表中頻電壓放大倍數(shù)是100dB，于是可畫出幅度頻率特性曲線和相位頻率特性曲線。總的相頻特性曲線是用每個極點頻率的相頻特性曲線合成而得到的。,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,圖06.05.03 放大電路波特圖的繪制,1. 先確定三個極點頻率；,2. 做幅頻特性曲線波特圖；,3. 做三個極點頻率的相頻特性曲線的波特圖，然后合成總的相頻特性曲線波特圖；,4. 由A=- 180做水平線交相頻特性于S點，該點對應(yīng)的頻率稱為臨界頻率fc。,5. 由S點向上做垂直線，交幅頻特性于D點，再由D點做水平線M

7、N交Y軸于40dB，相當(dāng)電壓增益100倍。反饋系數(shù)為0.01，此時負(fù)反饋變成了正反饋，只要幅度條件滿足要求即可自激振蕩。,臨界頻率,20db/十倍頻,40db/十倍頻,60db/十倍頻,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,5.6.3.2 放大電路自激的判斷,加入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)降低，頻帶展寬，設(shè)反饋系數(shù)F1=10-4，閉環(huán)波特圖與開環(huán)的波特圖交P點，對應(yīng)的附加相移A=90，不滿足相位條件，不自激。,圖06.05.04 放大電路自激的判斷,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,進(jìn)一步加大負(fù)反饋量，設(shè)反饋系數(shù)F2=10-3，閉環(huán)波特圖與開

8、環(huán)的波特圖交P點，對應(yīng)的附加相移A=135，不滿足相位條件，不自激。,此時A雖不是-180，但反饋信號的矢量方向已經(jīng)基本與輸入信號相同，已進(jìn)入正反饋的范疇，因此當(dāng)信號頻率接近106Hz時，即P點時，放大倍數(shù)就有所提高。,圖06.05.04 放大電路自激的判斷,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,繼續(xù)加大反饋量，設(shè)反饋系數(shù)F3=10-2，閉環(huán)波特圖與開環(huán)波特圖交D點，對應(yīng)的附加相移A=180。當(dāng)放大電路的工作頻率提高到對應(yīng)D點處的頻率時，滿足自激的相位條件。,此時放大電路有 40 dB 的 增 益 AF =10010-2=1 正好滿足放大電路自激的幅度條件，放大電路

9、產(chǎn)生自激。,圖06.05.04 放大電路自激的判斷,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,5.6.3.3 環(huán)路增益波特圖的引入,由于負(fù)反饋的自激條件是 ，所以將以 20 為Y坐標(biāo)的波特圖改變?yōu)橐?0 為Y坐標(biāo)的波特圖，用于分析放大電路的自激更為方便。由于,相當(dāng)在以20 為Y坐標(biāo)的波特圖上減去 即可到以環(huán)路增益20 為Y坐標(biāo)的波特圖了。如圖06.05.05所示。,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,在圖06.05.05中，當(dāng)F3=0.01時，MN線為20lg =0 dB。20lg =0 dB這條線與幅頻特性的交點稱為切割頻率f0。,圖06

10、.05.05 環(huán)路增益波特圖,此時 =1，A=180，幅度和相位條件都滿足自激條件，所以20lg =0dB這條線是臨界自激線。臨界自激線以下為不穩(wěn)定區(qū)域。,切割頻率,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,在臨界自激線上，從S點向左達(dá)到對應(yīng)R點的頻率時，此時 A=135，距A=180有m=45的裕量，這個m稱為相位裕度。一般在工程上為了保險起見，相位裕度m45。,圖06.05.05 環(huán)路增益波特圖,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,僅僅留有相位裕度是不夠的，也就是說，當(dāng)A=180時，還應(yīng)使 1，即反饋量要比 F=0.01再小一些，例如F

11、=0.001，相當(dāng)于圖中的MN這條線。此時距線MN有Gm=-20 dB的裕量，Gm稱為幅度裕度。工程上為保險起見，幅度裕度|Gm | 10 dB。,圖06.05.05 環(huán)路增益波特圖,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,5.6.3.4 判斷自激的條件,根據(jù)以上討論，可將環(huán)路增益波特圖分為三種情況，如圖06.05.06所示。,圖06.05.06 判斷自激的實用方法,(b)自激: fc0dB,(a)穩(wěn)定:fcf0 ,Gm0dB,(c)臨界狀態(tài): fc=f0, Gm=0dB,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,fcf0 ,Gm 0 dB。從

12、A=180出發(fā)，得到的Gm 0 dB，即AF 1，不滿足幅度條件。,判斷自激的條件歸納如下：,fc 0 dB。從A=180出發(fā)，得到的Gm 0 dB，即AF 1，滿足幅度條件。,fc=f0 ,Gm= 0 dB。從A=180出發(fā)，得到的Gm= 0 dB，即AF=1。,穩(wěn)定狀態(tài)：,自激狀態(tài)：,臨界狀態(tài)：,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,通過對負(fù)反饋放大電路自激的討論，要想消除自激必須改變臨界頻率和切割頻率之間的大小關(guān)系。即將自激狀態(tài)的 fc0dB和臨界狀態(tài)的 fc=f0 、Gm=0dB，修改為穩(wěn)定狀態(tài)的fcf0 、Gm0dB ，這就需要修改極點頻率。 一般改變最低

13、的那個極點頻率效果比較明顯，根據(jù)串聯(lián)或并聯(lián)電容和電阻的方式，有簡單滯后補(bǔ)償、RC滯后補(bǔ)償、米勒效應(yīng)補(bǔ)償和超前補(bǔ)償?shù)阮愋汀?5.6.4.1 簡單滯后補(bǔ)償,有一個負(fù)反饋放大電路的環(huán)路增益的幅頻特性如圖06.05.07所示。在電路中找出對應(yīng)極點頻率fp1的那段電路，外加一個補(bǔ)償電容C，根據(jù)極點頻率的位置，這應(yīng)該是一個低通環(huán)節(jié)。,5.6.4 自激振蕩的消除,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,圖06.05.07 簡單滯后補(bǔ)償?shù)姆l特性,加入補(bǔ)償電容后的電路示意圖如圖 06.05.08(a)所示。,圖06.05.08 (a) 簡單滯后補(bǔ)償電路,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,例如將 fp1 降低 23 個十倍頻程，得到fp1。,圖06.05.08 放大電路中的簡單滯后補(bǔ)償,(a) 簡單滯后補(bǔ)償電路 (b) 高頻等效電路,做出補(bǔ)償后的波特圖，按照反饋放大電路的自激條件進(jìn)行判斷，看幅度裕度和相位裕度能否達(dá)到穩(wěn)定的條件。,加入補(bǔ)償電容后的波特圖見下圖 。,HIT基礎(chǔ)電子技術(shù)電子教案-負(fù)反饋放大電路的自激 2006.06,5.6.4.