第6章 负反馈放大电路3(频率响应)

1、6-46-4 负反馈放大器的稳定性负反馈放大器的稳定性交流负反馈可以改善放大电路多方面的性能，而且反馈交流负反馈可以改善放大电路多方面的性能，而且反馈越深性能改善得越好。但是，如果电路的组成不合理，越深性能改善得越好。但是，如果电路的组成不合理，会使电路产生自激振荡，电路不能稳定工作。会使电路产生自激振荡，电路不能稳定工作。一、自激振荡产生的原因和条件一、自激振荡产生的原因和条件 放大器不加任何输入信号，输出也会产生一定幅值、一放大器不加任何输入信号，输出也会产生一定幅值、一定频率的信号（一般为正弦信号），称电路产生了自激振荡。定频率的信号（一般为正弦信号），称电路产生了自激振荡。此时，放大电

2、路失去放大作用，不能正常工作。此时，放大电路失去放大作用，不能正常工作。1 1、自激振荡现象、自激振荡现象 检查放大器是否出现自激振荡，可以把放大器输入端检查放大器是否出现自激振荡，可以把放大器输入端对地短路，用示波器（或交流毫伏表）接在放大器输出端对地短路，用示波器（或交流毫伏表）接在放大器输出端进行观察，自激振荡的频率一般比较高或极低，而且频率进行观察，自激振荡的频率一般比较高或极低，而且频率随着放大器电路参数的不同而变化（甚至拨动一下放大器随着放大器电路参数的不同而变化（甚至拨动一下放大器内部导线的位置，频率也会改变）。振荡波形一般是比较内部导线的位置，频率也会改变）。振荡波形一般是比较

3、规则的，而且幅度也较大，往往会使三极管处于饱和或截规则的，而且幅度也较大，往往会使三极管处于饱和或截止状态。止状态。 2 2、负反馈放大电路产生自激振荡的原因、负反馈放大电路产生自激振荡的原因 - -F(s)A(s)xixdxfxO A+ F = (2n+1)180,A(s)、B(s)为频率的函数，在低为频率的函数，在低频段和高频段会产生频段和高频段会产生附加相移附加相移。附加相移满足：附加相移满足：负反馈变为正反馈。负反馈变为正反馈。在低频段或高频段，如果在低频段或高频段，如果存在一个频率存在一个频率f0，当，当f f0时，时，在输入信号为零时，在输入信号为零时，因为某种电扰动因为某种电扰动

4、，其中必包含有频率，其中必包含有频率为为f0的信号，使的信号，使 A+ F = (2n+1)180, 产生正反馈产生正反馈过程，过程，输出量逐渐增大，直至输出量逐渐增大，直至达到动态平衡达到动态平衡（ xO 幅值不变幅值不变 ），），电电路产生自激振荡。路产生自激振荡。可见电路产生自激振荡时，输出信号有特定频率可见电路产生自激振荡时，输出信号有特定频率f0和一定幅和一定幅值，而且值，而且f0必定在电路的低频段或高频段。必定在电路的低频段或高频段。通常所说的负反馈放大电路是指中频段的反馈极性，通常所说的负反馈放大电路是指中频段的反馈极性，3 3、负反馈放大电路产生自激振荡的条件、负反馈放大电路产

5、生自激振荡的条件);()()(sxsFsxof);()()()(sxsFsxsxOfd)()()()(sxsFsAsxOO1)()(sFsA1)()(jFjA即：产生自激振荡的平衡条件产生自激振荡的平衡条件可以用幅度平衡条件和相位平衡条件表示：可以用幅度平衡条件和相位平衡条件表示：幅度平衡条件：幅度平衡条件：1| )()(| )(|jFjAjT相位平衡条件：相位平衡条件： )12()( nBAT - -F(s)A(s)xixdxfxO0自激振荡达到动态平衡时自激振荡达到动态平衡时 xO 幅值不变，幅值不变，4 4、什么样的负反馈放大电路容易产生自激振荡、什么样的负反馈放大电路容易产生自激振荡-

6、20-90-180 20lg|Au|fLfH20dB/十倍频十倍频f0.1fL10fLf-20dB/十倍十倍频频0.1fH10fH20lg|Aum|-2700图示为单级阻容耦合共图示为单级阻容耦合共射放大电路的波特图：射放大电路的波特图：中频区：中频区：输出与输入的输出与输入的相差为相差为180；低频区：低频区：附加相移附加相移090高频区：高频区：附加相移附加相移- -900单级：单级：不不满满足足相相位位条条件件 90 两级：两级：不不满满足足幅幅度度条条件件,180 三级：三级： 270 可见单级和两级负反馈放大电路是稳定的，不会产生可见单级和两级负反馈放大电路是稳定的，不会产生自激振荡

7、，三级或三级以上的负反馈放大电路有可能产生自激振荡，三级或三级以上的负反馈放大电路有可能产生自激振荡，而且级数越多，越容易产生自激振荡，因此实自激振荡，而且级数越多，越容易产生自激振荡，因此实用电路中以三级放大器最常见。用电路中以三级放大器最常见。自激振荡的条件中相位条件是首要的。自激振荡的条件中相位条件是首要的。方法方法1：在电路图中用瞬时极性法判断：若电路引入正反馈，则：在电路图中用瞬时极性法判断：若电路引入正反馈，则 满足相位条件；若同时满足幅度条件则自激振荡产生。满足相位条件；若同时满足幅度条件则自激振荡产生。二、自激振荡的判断方法二、自激振荡的判断方法; 1| )()(| )(|1j

8、FjAjT）（电路不能起振，不会产生自激振荡。电路不能起振，不会产生自激振荡。电路出现增幅振荡，能起振，会产生自激振荡电路出现增幅振荡，能起振，会产生自激振荡; 1| )()(| )(|2jFjAjT）（可见反馈越深，可见反馈越深，|A(s) B(s)|越大，满足幅度条件的可越大，满足幅度条件的可能性越大，电路越容易产生自激振荡。能性越大，电路越容易产生自激振荡。放大电路产生自激振荡要同时满足相位条件和幅度条件。放大电路产生自激振荡要同时满足相位条件和幅度条件。0| )(|lg20 jT或或0| )(|lg20 jT或或时时，当当 )12()( nBAT方法方法2 2、利用环路增益的波特图判断

9、电路会否产生自激振荡。、利用环路增益的波特图判断电路会否产生自激振荡。会产生自激振荡会产生自激振荡6040200-90-180-2700ff T( )20lg|T(j )|/dB6040200-90-180-2700 f f20lg|T(j )|/dB T( )当当 T( ) = -180 时，时，1| )j (T| 不会产生自激振荡不会产生自激振荡当当 T( ) = -180 时，时，1| )j (T| 相位交相位交界频率界频率增益交增益交界频率界频率说明：说明： ff0反馈电路是不稳定的，会自激。反馈电路是不稳定的，会自激。 ff0反馈电路不会产生自激振荡。反馈电路不会产生自激振荡。20l

10、gT(j)0dB0o-90o T T()()-180o20lgT(j)0o-90o T T()()-180o20lgT(j)0o-90o T T()()-180o【例】三个负反馈放大电路的环路增益的波特图如图所示，试判【例】三个负反馈放大电路的环路增益的波特图如图所示，试判断它们的稳定性。断它们的稳定性。会自激会自激会自激会自激不会自激不会自激说明：说明： ff0反馈电路是不稳定的，会自激。反馈电路是不稳定的，会自激。 ff0反馈电路不会产生自激振荡。反馈电路不会产生自激振荡。方法方法3 3、利用开环增益的波特图判断电路会否产生自激振荡。、利用开环增益的波特图判断电路会否产生自激振荡。假设反馈

11、网络是纯阻性的，则有：假设反馈网络是纯阻性的，则有：ABAT )()/1lg(20| )(|lg20| )()(|lg20BjAjFjA时，当)/1lg(20| )(|lg20FjAdBFjA0|)(|lg20如果在开环增益波特图的幅频波特图中作直线如果在开环增益波特图的幅频波特图中作直线)/1lg(20B则该直线与开环增益的幅频特则该直线与开环增益的幅频特性曲线的交点所对应的环路增性曲线的交点所对应的环路增益为益为0dB，对应的频率为增益，对应的频率为增益交界频率交界频率f0。20lgA(j)0dB0o-90o A A()()-180oB1lg20可根据的可根据的的的关系判断电关系判断电路会

12、否产生自激振荡。路会否产生自激振荡。不会自激不会自激解：先绘出其波特图；解：先绘出其波特图；6040200-90-180-2700f A( )20lg|A(j )|/dB80105106107104108f-20-40-60-45-135-225例题：某负反馈放大电路的开环增益为：例题：某负反馈放大电路的开环增益为：)10fj1)(10fj1)(10fj1(10)j (A7654 问当反馈系数问当反馈系数B=0.1和和0.001时会时会否产生自激振荡。否产生自激振荡。F=0.1dBF20)/1lg(20,0 ff 会自激。会自激。1 . 0FF=0.001dBF60)/1lg(20,0 ff

13、不会自激。不会自激。001. 0F0f 说明：反馈系数越大，反馈程度越深，电路越容易产生自激振荡。说明：反馈系数越大，反馈程度越深，电路越容易产生自激振荡。当负反馈放大电路产生自激振荡时可以通过减小反馈系数当负反馈放大电路产生自激振荡时可以通过减小反馈系数来消除自激振荡。来消除自激振荡。6040200-90-180-2700ff20lg|T(j )|/dB T( ) mGm幅度裕度幅度裕度Gm ：相位裕度相位裕度 m ：对于稳定的负反馈放大电路，对于稳定的负反馈放大电路，Gm 应为负值，应为负值， m 应为正值，应为正值，一般要求一般要求Gm - -10dB， m 45。三、负反馈放大电路的稳

14、定裕度三、负反馈放大电路的稳定裕度)( | )(|lg20dBjfTGm T( )=- -180时对应的分贝数。时对应的分贝数。20lgT(j )=0时对应的相时对应的相位与位与- -180的差值。的差值。)180()(0 fTm )(1800fTm ff0反馈电路不会产生自激振荡。反馈电路不会产生自激振荡。四、消除自激振荡的方法四、消除自激振荡的方法 发生在放大电路中的自激振荡是有害的，必须设法消除，方发生在放大电路中的自激振荡是有害的，必须设法消除，方法是破坏自激振荡的条件。法是破坏自激振荡的条件。 指导思想是：在反馈环路内增加一些含电抗元件的电路，指导思想是：在反馈环路内增加一些含电抗元

15、件的电路，从而改变环路增益的频率特性，使相位交界频率从而改变环路增益的频率特性，使相位交界频率f根本存在，根本存在，或者即使存在或者即使存在f，但，但f0f，破坏自激振荡的条件。，破坏自激振荡的条件。幅度条件：幅度条件：1| )()(| )(|jFjAjT相位条件：相位条件： )12()( nBAT（1）减小反馈系数，破坏幅度条件；）减小反馈系数，破坏幅度条件；（2）采用相位补偿的方法，破坏相位条件：）采用相位补偿的方法，破坏相位条件：（方法简单易行，但不利于改善放大电路的其他性能）（方法简单易行，但不利于改善放大电路的其他性能）相位补偿有滞后相位补偿和超前相位补偿两种。相位补偿有滞后相位补偿

16、和超前相位补偿两种。1、电容滞后补偿（主极点校正）、电容滞后补偿（主极点校正）方法：方法：在电路中找出产生主极点的那级电在电路中找出产生主极点的那级电路，在其输出端并接一个补偿电容路，在其输出端并接一个补偿电容C 。C A1A2A1Co1C Ci2Ri2Ro1A2(a) 校正电路校正电路(b)等效电路等效电路定性分析：定性分析：如等效电路所示，在中、低频时，由于容抗较大，如等效电路所示，在中、低频时，由于容抗较大，补偿电容补偿电容C 不起作用，在高频时，不起作用，在高频时， C 容抗降低，使容抗降低，使A1的频率的频率特性改变，特性改变，并使并使f0f，破坏自激振荡条件，使电路稳定工作。，破坏

17、自激振荡条件，使电路稳定工作。)(/(2121211ioioCCCRRf 主极点对应频率：主极点对应频率：1f 通频带变窄，所需电容较大。通频带变窄，所需电容较大。方法：方法：将前面的补偿电容用将前面的补偿电容用RC网络代替网络代替。2、RC滞后补偿（零极点对消）滞后补偿（零极点对消）)/(;2121ioioRRRRCCC ）（校正网络的取值满足：校正网络的取值满足：(a) 校正电路校正电路C A1A2R (b)等效电路等效电路C R R U1 U2 + +- -+ +- - CjRRCjRUU/1/112 CRRjCRj)(11 12/1/1 jj主极点对应主极点对应的角频率的角频率引入一个

18、引入一个零点零点当参数选择合适时，引入的零点可以与原频率当参数选择合适时，引入的零点可以与原频率特性中的一个极点相消，该极点产生的相位也消特性中的一个极点相消，该极点产生的相位也消去，使电路不再满足相位条件，因而消除了自激振荡。去，使电路不再满足相位条件，因而消除了自激振荡。通频带比通频带比“电容校正电容校正”宽，所需电容较大。宽，所需电容较大。为减小补偿电容的容量，常将校正网络为减小补偿电容的容量，常将校正网络跨接在放大电路的输入端和输出端。跨接在放大电路的输入端和输出端。3、密勒效应补偿、密勒效应补偿C A1A2C A1A2R C A1A2C A1A2R 根据密勒定理，电容的作用将增大根据

19、密勒定理，电容的作用将增大|1+A2|倍，电阻的作倍，电阻的作用将减小为（用将减小为（1/|1+A2|）倍，因此，可以用较小的电容和较）倍，因此，可以用较小的电容和较大的电阻达到同样的消振效果。大的电阻达到同样的消振效果。10020pF2000pF10k 100 改变反馈系数的频率特性，使之具有超前相位，与原频率改变反馈系数的频率特性，使之具有超前相位，与原频率特性中极点产生的滞后相位相抵消，破坏相位条件，从而特性中极点产生的滞后相位相抵消，破坏相位条件，从而达到消振效果。达到消振效果。4、超前补偿、超前补偿在反馈回路中加超前补偿电容，在反馈回路中加超前补偿电容，FRRRB 校正前：校正前：C

20、jRRRBF 1/ 校正后：校正后：一定条件下，一定条件下，可以产生超可以产生超前相移前相移超前补偿对带宽的影响较小。超前补偿对带宽的影响较小。第六章小结第六章小结1 1、掌握反馈的基本概念和类型，会判断放大电路中是、掌握反馈的基本概念和类型，会判断放大电路中是否存在反馈以及反馈的类型否存在反馈以及反馈的类型会判会判 。（稳定静态工作点）（稳定静态工作点）反馈反馈类型类型正反馈正反馈负反馈负反馈直流负反馈直流负反馈交流负反馈交流负反馈电压串联、电压并联电压串联、电压并联电流串联、电流并联电流串联、电流并联（改善动态性能）（改善动态性能）2 2、交流负反馈对放大电路性能的影响、交流负反馈对放大电路性能的影响. .（1）提高增益的稳定性；）提高增益的稳定性；（2）展宽频带，减小失真；）展宽频带，减小失真；（3）改变输入、输出电阻。）改变输入、输出电阻。要么增大为开环时的要么增大为开环时的要么减小为开环时的要么减小为开环时的倍倍|1 |AB |1 | / 1AB 同点连接判别法同点连接判别法瞬时极性法瞬时极性法第六章小结第六章小结3 3、根据需求在放大电路中引入适当的反馈、根据需求在放大电路中引入适当的反馈会引会引 。（2）根据取样方式确定从哪引出；）根据取样方式确定从