第19讲 负反馈放大电路的稳定性

1、第十九讲 负反馈放大电路的稳定性,一、自激振荡产生的原因及条件,二、负反馈放大电路稳定性的定性分析,三、负反馈放大电路稳定性的判断,四、消除自激振荡的方法,一、自激振荡产生的原因及条件,1. 现象：输入信号为0时，输出有一定幅值、一定频率的信号，称电路产生了自激振荡。一旦发生了自激振荡，放大电路将不能进行正常放大工作了。,负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段。,2. 原因,在用瞬时极性法判断反馈极性时，都是基于放大电路在中频段附加相移为0这一条件的。但在低频段或高频段的某一频率f0处，若附加相移为，则反馈量的极性将必然与中频时的相反，从而负反馈就变性为正反馈，可能就会产生自激振荡。附加

2、相移为是放大电路产生自激振荡的一个重要条件和原因。,（1）电扰动下，如合闸通电，必含有频率为f0的信号；,（2）热噪声；,对 f = f0的信号，若附加相移为，则净输入量是输入量与反馈量之和。,3. f0频率信号的来源,对于f = f0 的信号，产生正反馈过程,输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激振荡。,（3）外来干扰。,在中频段，净输入量是输入量与反馈量之差：,由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振条件为,4. 自激振荡的条件,负号表示相移附加180,振荡频率f0就是根据相位平衡条件计算得到的。,反馈深度,二、负反馈放大电路稳定性的定性分析,附加相移由放大电路决定

3、; 振荡只可能产生在高频段。,设反馈网络为电阻网络，放大电路为直接耦合形式。,对于产生180附加相移的信号频率f0 ，有可能满足起振条件，故引入负反馈后可能振荡。,对于单级放大电路:,对于两级放大电路:,对于三级放大电路:,什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？,三级或三级以上的直接耦合放大电路引入负反馈后有可能产生高频振荡；同理，耦合电容、旁路电容等为三个或三个以上的放大电路，引入负反馈后有可能产生低频振荡,放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大。,环路放大倍数af越大，越容易满足起振条件，闭合后越容易产生自激振荡。,fc,fc,1.判

4、断方法：通过环路增益 的频率特性来判断闭环后放大电路的稳定性。,三、负反馈放大电路稳定性的判断,电路不稳定,电路稳定,设,结论：当 fc f0时，在f = f0处，电路同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件，将产生自激振荡。,电路稳定,gm,幅值裕度,相位裕度,工程上一般gm10db，且m45， 负反馈放大电路才具有可靠的稳定性。,2.负反馈放大电路的稳定裕度,当环境温度、电路参数及电源电压等在一定范围内变化时，为保证放大电路仍能满足稳定条件，要求放大电路要有一定的稳定裕度。,1. 幅度裕度 gm,2. 相位裕度 m,四、消除自激振荡的方法,对于三级或三级以上的负反馈放大电路，如果产生了自激振荡

5、，需采取适当措施破坏自激振荡的幅度条件或者相位条件，以保证放大电路能稳定工作。,设放大电路为直接耦合方式，反馈网络为电阻网络。常用的校正方法有减小反馈系数、滞后补偿和超前补偿等方法。,最简单的校正方法是减小反馈系数，使得在满足相位条件的时候已经不再满足幅度条件。,但是，减小反馈系数，反馈深度下降，不利于放大电路在中频区其他性能的改善，是一种消极的校正方法。,1.减小反馈系数,减小f校正自激振荡,特点：通频带不变； 反馈深度减小。,减小f校正自激振荡是以减小反馈深度、损失其他性能为代价来消除自激振荡的，是一种消极的校正方法。,减小反馈系数校正自激振荡的波特图：,不稳定,稳定,2.滞后补偿（主极点

6、校正法）电容校正和rc 校正,（1）电容校正：比较简单的消振措施是在负反馈放大电路的适当地方接入一个电容。接入的电容对中、低频信号基本不起作用；高频时，容抗减小，使放大倍数降低，从而破坏自激振荡的条件，使电路稳定工作。,常用消振措施是在放大电路某个合适的位置并入电容或 rc 校正网络（构成滞后环节），改变放大电路的主极点，以消除自激振荡。所谓主极点，就是放大电路的若干个上限频率中最低的那个上限频率。,在最低的上限频率所在回路加补偿电容，这样使主极点左移。,补偿电容 滞后网络,左移主极点校正自激振荡,特点：通频带减小； 反馈深度不变。,补偿前,补偿后,最大附加相移为-135o,具有45o的相位裕

7、度，故电路稳定,滞后补偿法是以频带变窄为代价来消除自激振荡的。,密勒补偿本质上等同于简单电容补偿，只是在获得同样补偿的情况下，补偿电容比简单电容滞后校正的电容要小得多。,在最低的上限频率放大级输入输出端之间加补偿电容(密勒电容)。,补偿前,补偿后,(2)密勒补偿,闭环后只有两个极点，一定不会产生自激振荡，电路稳定。,（3）rc滞后校正（消除次极点）,利用电阻、电容元件串联组成的rc校正网络加在产生最低的上限频率放大级输出端进行补偿，这样不仅可以消除自激振荡，而且还可以改善通频带。,一般c ci2 ,r= ro1 / ri2 r,则,设补偿前,则补偿后,简单补偿后的幅频特性,rc滞后补偿的幅频特

8、性,补偿前,滞后补偿法消振均以频带变窄为代价，rc滞后补偿较简单电容补偿使频带的变化小些。 为使消振后频带变化更小，可考虑采用超前补偿的方法。,rc 滞后补偿与简单滞后补偿比较,3.超前补偿,在放大电路反馈网络加超前补偿电容，也可以破坏自激振荡条件。,如图是一个电压串联负反馈电路，反馈系数：,加上补偿电容(超前网络) 后,反馈系数：,波特图：,显然,考虑f1和f2的相对大小， f实际的波特图(虚线)：,在f1和f2的之间，反馈量超前于输出量，最大相移为90.,可以在放大电路反馈网络加超前补偿电容，合适的选择电容c，使反馈放大电路的fc处于超前网络的f1和f2之间，超前网络附加相移在090o之间

9、。这样就可以使相频特性的f0 fc，从而使放大电路消除自激振荡。,fc,若反馈放大电路的f0 fc，则放大电路将产生自激振荡。,减小f,电容校正 主极点左移,rc校正 消除次极点,超前校正,总结：无论是修正放大电路- (滞后补偿包括简单电容滞后、米勒补偿、rc滞后补偿) ，或者是修正反馈网络- (减小f补偿、超前补偿) ，都可以用很简单的电路来实现。如果放大电路不稳定，只要将fc处理成小于f0，都可以达到电路消除电路自激振荡的目的。本节重在理解掌握消除自激振荡的基本思路和不同方法的特点，不在于具体计算补偿元件的参数大小，实际工作中，都是通过实验获得理想的补偿效果。,消除自激方法比较：,解：由2

10、0lg|amf|=60db，f=0.1，则am=104, 有三个极点频率,即f0=105hz fc（106）,电路产生自激振荡.,为了使电路不产生自激振荡，可以减小f，设相位裕度 m45o，则选择fc105hz，使 。,则在中频区,所以,讨论1：如图，f=0.1，写出a的表达式，试问电路闭环后会产生自激振荡吗？若已知反馈网络为纯电阻网络，则使电路不产生自激振荡的f的上限值为多少？,当f=105hz时，,讨论2：如图，试问电路闭环后会产生自激振荡吗？若自激振荡，则频率f0=？若已知反馈网络为纯电阻网络，用减小f法，则使电路不产生自激振荡，f应该减小为原来的多少倍？,f=10fh，,f=fh，,k0.01,减小f为kf,五、放大电路中的正反馈,引入的正、负反馈目标是一致的-增大输入电阻。,自举电路：通过引入正反馈，提高输入端电压的电路； 自举电路可以增大输入电阻。,负反馈,正反馈,1.自举电路,