(周围)第05章_放大器中的负反馈

1、线性电子电路周围书山有路勤为径学海无崖苦作舟第五章第五章 放大器中的负反馈放大器中的负反馈 目前，电子设备对所应用的放大器的质量要求很高，要求放目前，电子设备对所应用的放大器的质量要求很高，要求放大器的非线性失真小，频率特性好，增益稳定度高，并且具有所大器的非线性失真小，频率特性好，增益稳定度高，并且具有所需要的输入、输出电阻。需要的输入、输出电阻。 为了提高放大器的质量，常常在基本放大器上加一负反馈网为了提高放大器的质量，常常在基本放大器上加一负反馈网络，引入负反馈可以改善放大器的性能，如可提高放大器的增益络，引入负反馈可以改善放大器的性能，如可提高放大器的增益稳定度，可展宽频带，减小非线性

2、失真等。因负反馈是实现高质稳定度，可展宽频带，减小非线性失真等。因负反馈是实现高质量放大器的一种重要措施，因而负反馈在电子电路中应用非常广量放大器的一种重要措施，因而负反馈在电子电路中应用非常广泛，可以这么说几乎所有的实用放大电路都是带负反馈的电路。泛，可以这么说几乎所有的实用放大电路都是带负反馈的电路。 这一章牵涉到许多以前没接触的名词，概念，因而我们先这一章牵涉到许多以前没接触的名词，概念，因而我们先从负反馈放大器的基本概念入手，然后介绍反馈放大器的类型从负反馈放大器的基本概念入手，然后介绍反馈放大器的类型及性质的判别方法以及各种类型负反馈放大器性能改善情况、及性质的判别方法以及各种类型负

3、反馈放大器性能改善情况、引入负反馈的一般原则。最后讲它的分析方法，并估算深度负引入负反馈的一般原则。最后讲它的分析方法，并估算深度负反馈条件下的放大器的性能指标。反馈条件下的放大器的性能指标。主要内容主要内容5.1 负反馈放大器的基本概念负反馈放大器的基本概念一、反馈的概念一、反馈的概念 在前一章放大器基础中讨论静态工作点稳定问题时已接触过反馈现象。在前一章放大器基础中讨论静态工作点稳定问题时已接触过反馈现象。T ICQ VEQ (ICQRE) ) VBEQ (=(=VBQ- -VEQ) )IBQ ICQ ICQ的变化通过的变化通过RE改变改变VEQ, ,从而改变输入回路偏置电压从而改变输入回

4、路偏置电压VBEQ的的这个过程称为反馈。这个过程称为反馈。1、交、直流反馈、交、直流反馈 直流通路中存在的反馈称直流通路中存在的反馈称直流反馈直流反馈；用来用来稳定直流电量稳定直流电量的直流反馈，称的直流反馈，称直流负反馈直流负反馈。ic e ( ( ic re) ) be (=(= i- - e) )ib ic ic的变化通过的变化通过RE改变改变e, ,从而改变净输入电压从而改变净输入电压be 。交流通路中存在的反馈称交流通路中存在的反馈称交流反馈交流反馈；用来用来稳定交流电量稳定交流电量的交流反馈，称的交流反馈，称交流负反馈交流负反馈。2、反馈的概念、反馈的概念二、反馈放大器的基本组成框

5、图二、反馈放大器的基本组成框图 将放大器输出信号的一部分或全部，通过反馈网络将放大器输出信号的一部分或全部，通过反馈网络（比如（比如Re) )送到电路输入端，并对输入信号进行调整的送到电路输入端，并对输入信号进行调整的过程就称为过程就称为反馈反馈。对应的放大器称为。对应的放大器称为反馈放大器反馈放大器。基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络kfxoxix ixf净输入信号净输入信号 fiixxx输入信号输入信号反馈信号反馈信号输出信号输出信号xi 、x i、xf、 xo 为反馈放大器的四个为反馈放大器的四个标准物理量标准物理量。三、反馈放大器的主要参数三、反馈放大器的主要参数基本放大器基本放大

6、器A反馈网络反馈网络kfxoxix ixfiof/ xxA 开环增益开环增益io/ xxA反馈系数反馈系数off/ xxk闭环增益闭环增益fioxxxFAAkAf1iixxxx/1/fo反馈深度反馈深度f1AkFT1环路增益环路增益ff/AkxxTi 反馈深度反馈深度F F（或环路增益（或环路增益T T）是衡量反馈强弱的一项重要指标。其）是衡量反馈强弱的一项重要指标。其值直接影响电路性能。值直接影响电路性能。|1F 当|时称深度负反馈11fffAAAkk一、负反馈放大器的类型一、负反馈放大器的类型从从输输出出端端看看1 1、若反馈网络与基本放大器、若反馈网络与基本放大器并接并接，反馈信号取自负

7、载上反馈信号取自负载上 输出电压的反馈称为输出电压的反馈称为电压反馈。电压反馈。输出量输出量 xo = voAkfRL+-voxixfx i2 2、若反馈网络与基本放大器、若反馈网络与基本放大器串接串接，反馈信号取自负载中反馈信号取自负载中 输出电流的反馈称为输出电流的反馈称为电流反馈。电流反馈。输出量输出量 xo = ioxixfx iAkfRLio负反馈放大器的类型负反馈放大器的类型从从输输入入端端看看1 1、若反馈网络与基本放大器、若反馈网络与基本放大器串接串接，反馈信号以电压，反馈信号以电压vf 的形的形 式出现，并在输入端进行电压比较，即式出现，并在输入端进行电压比较，即v i= v

8、i- vf 。AkfRS+-vs+-vivfv i+-+-xo2 2、若反馈网络与基本放大器、若反馈网络与基本放大器并接并接，反馈信号以电流，反馈信号以电流i if f 的形的形 式出现，并在输入端进行电流比较，即式出现，并在输入端进行电流比较，即ii = ii- - if 。AkfRSiSiiifii xo 电压串联电压串联负反馈的标准物理量为负反馈的标准物理量为: :i 、 i、f、o ioxxA vioAvvoffxxk fvofkvviof/ xxA fvvvkAA1vfAvvio/ 电压并联电压并联负反馈的标准物理量为：负反馈的标准物理量为： ii 、 i i、 if、 o ioxx

9、A rioAivoffxxk gfofkviiof/ xxA gfrrkAA1rfAivio/ 电流并联电流并联负反馈的标准物理量为：负反馈的标准物理量为： ii 、 i i、 if、 io ioxxA iioAiioffxxk ifofkiiiof/ xxA 1iiifAAkoi/ifiiA 电流串联电流串联负反馈的标准物理量为：负反馈的标准物理量为： vi 、 v i、 vf、 io ioxxA gioAvioffxxk rfofkiviof/ xxA rfggkAA1gfAviio/二、反馈类型的判别二、反馈类型的判别Akfxoxixfx iq 判断是否为反馈电路判断是否为反馈电路 看电

10、路输出与输入之间是否接看电路输出与输入之间是否接有元件，若有则为反馈电路，该有元件，若有则为反馈电路，该元件即为反馈元件。元件即为反馈元件。viVCCRCvo+-+-RERB1RB2viVCCRCRfvo例例1 1Rf为反馈元件。为反馈元件。例例2 2RE为反馈元件。为反馈元件。类型判别方法：类型判别方法：方法一：短路法：方法一：短路法：(结合前面框图讲）结合前面框图讲） 将将输出端输出端交流交流短路短路，若，若反馈信号消失反馈信号消失，则为，则为电压电压反馈反馈；反之反之为为电流反馈电流反馈。 将将输入端输入端交流交流短路，短路，若若反馈作用消失，反馈作用消失，则为则为并联并联反馈；反之反馈

11、；反之为为串联反馈。串联反馈。方法二：经验法方法二：经验法：（在一定前提条件下用）（在一定前提条件下用）若若反馈支路反馈支路与与输出端直接相连输出端直接相连为为电压反馈电压反馈，反之反之为为电流反馈电流反馈。若若反馈支路反馈支路与与输入端直接相连输入端直接相连为为并联反馈并联反馈，反之反之为为串联反馈串联反馈。viVCCRCRfvo+- -+- -RfRfviRCvo+- -+- -（例子）（例子）电压电压 反馈反馈并联并联例子viVCCRCvo+-+-RERB1RB2viRCvo+-+-RERB1RB2 将输出端交流短路，将输出端交流短路， RE上的反馈依然存在上的反馈依然存在 电流反馈电流

12、反馈将输入端交流短路，将输入端交流短路，RE上的反馈没有消失上的反馈没有消失串联反馈串联反馈分析：分析：结论：结论： R RE E引入电流串联引入电流串联 反馈反馈 + + + +负负例例1判断下列电路的反馈极性和反馈类型。判断下列电路的反馈极性和反馈类型。 电流并联电流并联 反馈反馈电流串联电流串联 反馈反馈电压并联电压并联 反馈反馈电压串联电压串联 反馈反馈 + + - - - - - -负负 + + - - - - - -正正 + + - - - -负负 + + + + + +负负例例2判断下列电路的反馈极性和反馈类型。判断下列电路的反馈极性和反馈类型。 + + + + + + + +电

13、流串联电流串联 反馈反馈负负电流并联电流并联 反馈反馈负负 - - - - + + - - - - 反馈支路反馈支路Rf与输入、与输入、输出端都间接相连，所输出端都间接相连，所以为：以为： 反馈支路反馈支路Rf与输入端直接与输入端直接相连；与输出端间接相连。相连；与输出端间接相连。所以为：所以为：例例3判断下列电路的反馈极性和反馈类型。判断下列电路的反馈极性和反馈类型。 电压并联电压并联 反馈反馈正正电压串联电压串联 反馈反馈负负 + + + + - - + + + + + + - - + +思考：思考：什么是全局反馈？什么是全局反馈？什么是局部反馈？什么是局部反馈？q 三、反馈极性三、反馈极

14、性( (即反馈性质）即反馈性质）fiixxx由于净输入信号由于净输入信号 若若 xf 削弱了削弱了xi，使，使 x i xi正反馈正反馈说明说明负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。 例：某原因例：某原因oxfx)(fiixxxox正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。 负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的。负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的。反馈极性（即正负反馈）判别方法反馈极性（即正负反馈）判别方法瞬时极性法瞬时极性法设某时刻设某时刻xi i 瞬时极性为瞬时极性为 用正负号表示电路中各点对

15、地的瞬时电位变化趋势，用正负号表示电路中各点对地的瞬时电位变化趋势，瞬时电位逐渐瞬时电位逐渐增加增加，瞬时极性为，瞬时极性为正正；瞬时电位逐渐；瞬时电位逐渐减小减小，瞬时极性为，瞬时极性为负负。经经A判断判断xo？经经kf判断判断xf？比较比较xf f 与与xi i 的极性的极性 若若xf与与xi在放大器的在放大器的输输入回路中是：入回路中是：同端同号同端同号异端异号异端异号正反馈正反馈同端异号同端异号异端同号异端同号负反馈负反馈反馈越深，电路增益越小。反馈越深，电路增益越小。 FAAkAAff1由由得知：得知：SfSSfs1FAkAAAS注：当取源增益时，上式依然成立，即注：当取源增益时，上

16、式依然成立，即AAAAAAAAAAAASAAffffff/f定义定义ff11AkAA由由2ff)1 (1AkAA得得FAkSAA111ff(2) (1)得得-(1)-(2)反馈越深，增益灵敏度越小。反馈越深，增益灵敏度越小。 q 输入电阻输入电阻（主要与输入端的反馈方式有关）（主要与输入端的反馈方式有关） 串联负反馈串联负反馈+-AkfRiRsvs+-+-vfvi +-viiixoiiifivRifiiiAkvvFRAkivifii)1 (iii/ivR基放输入电阻基放输入电阻fif/AkvvT环路增益环路增益反馈电路输入电阻：反馈电路输入电阻：ifiivv 引入引入串联负反馈串联负反馈，使，

17、使输入电阻输入电阻增大，增大，深度串联深度串联负反馈负反馈的的输入电阻输入电阻。信号源信号源最好采用最好采用电压电压源。源。结论结论 并联负反馈并联负反馈iiifivR反馈电路输入电阻：反馈电路输入电阻：引入引入并联负并联负反馈，使反馈，使输入电阻减小输入电阻减小。深度深度并联负并联负反馈的输入电阻反馈的输入电阻0 0。信号源。信号源最好采用最好采用电流源电流源。结论结论AkfRiRsisifii +-viiixo基放输入电阻基放输入电阻iiiivR环路增益环路增益fifAkiiTfiiiAkiivFRAkivifii)1 (1fiiiivq 输入电阻输入电阻（主要与输入端的反馈方式有关）（主

18、要与输入端的反馈方式有关） 输出电阻输出电阻（主要与输出端的反馈方式有关）（主要与输出端的反馈方式有关） 电压负反馈电压负反馈 Ro ：考虑反馈网络负载效应后，：考虑反馈网络负载效应后，基放输出电阻。基放输出电阻。 Ast ：负载开路时，基本放大器负载开路时，基本放大器源增益。源增益。令令xs=0i+- -vRoxfxs Ast xs +-由定义得由定义得Rof电路模型：电路模型：由图由图osst/ )(RxAvivkxxffs得得stofstoof1FRkARivR引入引入电压负反馈电压负反馈，使，使输出电阻减小输出电阻减小，深度深度电压负电压负反馈条件下，其反馈条件下，其输出电阻输出电阻0

19、 0，能稳定输出电压，能稳定输出电压 vo结论结论Roxfxs Ast xs +-RLxsvo+- - 输出电阻输出电阻（主要与输出端的反馈方式有关）（主要与输出端的反馈方式有关） 电流负反馈电流负反馈 Ro ：考虑反馈网络负载效应后，：考虑反馈网络负载效应后，基放输出电阻。基放输出电阻。 Asn ：负载短路时，基本放大负载短路时，基本放大器源增益。器源增益。由定义得由定义得Rof电路模型：电路模型：引入引入电流负反馈电流负反馈，使，使输出电阻增大输出电阻增大，深度深度电流负电流负反馈条件下，其反馈条件下，其输出电阻输出电阻 ，能稳定输出电，能稳定输出电流流 io结论结论Roxsxfxs io

20、Asn xs RL令令xs=0i+- -vRoxfxs Asn xs 由图由图ossn)(RxAivikxxffs得得snofsnoof)1 (FRkARivR 由于负反馈降低了电路增益灵敏度，因此放大由于负反馈降低了电路增益灵敏度，因此放大器可在更宽的通频带范围内维持增益不变。器可在更宽的通频带范围内维持增益不变。 单极点系统引入负反馈后，反馈越深，上限角频单极点系统引入负反馈后，反馈越深，上限角频率越大、增益越小，但其率越大、增益越小，但其增益带宽积维持不变增益带宽积维持不变。设基放为单极点系统：设基放为单极点系统：PI/1)(sAsAPH则则若反馈网络反馈系数为：若反馈网络反馈系数为：f

21、k则闭环系统：则闭环系统：PffIff/1)(1)()(sAksAsAsA其中：其中：FAkAAAIfIIfI1F)(1HfIHHfPfkA注意：通频带的扩展是以降低增益为代价的。注意：通频带的扩展是以降低增益为代价的。vovivfv i例如：一基本放大器，例如：一基本放大器，引入负反馈引入负反馈注意：注意：负反馈只能减小反馈环内的失真，若输入负反馈只能减小反馈环内的失真，若输入 信号本身产生失真，反馈电路无能为力。信号本身产生失真，反馈电路无能为力。输入正弦信号时，输出产生失真。输入正弦信号时，输出产生失真。vo失真减小。失真减小。同减小非线性失真一样，引入负反馈可减小噪声。同减小非线性失真

22、一样，引入负反馈可减小噪声。注意：注意：负反馈在减小噪声的同时，有用信号以同样的负反馈在减小噪声的同时，有用信号以同样的倍数在减小，其信噪比不变。倍数在减小，其信噪比不变。因此，引入负反馈放大器噪声性能不变因此，引入负反馈放大器噪声性能不变。综上所述，综上所述，负反馈对放大器性能影响主要表现为：负反馈对放大器性能影响主要表现为： 降低增益降低增益 减小增益灵敏度（或提高增益稳定性）减小增益灵敏度（或提高增益稳定性）改变电路输入、输出电阻改变电路输入、输出电阻减小频率失真（或扩展通频带）减小频率失真（或扩展通频带）减小非线性失真减小非线性失真噪声性能不变噪声性能不变 基本放大器引入负反馈的原则基

23、本放大器引入负反馈的原则 在电路输出端在电路输出端若要求电路若要求电路vo稳定或稳定或Ro小小应引入电压负反馈。应引入电压负反馈。若要求电路若要求电路io稳定或稳定或Ro大大应引入电流负反馈。应引入电流负反馈。在电路输入端在电路输入端若要求若要求Ri大或从信号源索取的电流小大或从信号源索取的电流小引入串联负反馈。引入串联负反馈。若要求若要求Ri小或从信号源索取的电流大小或从信号源索取的电流大引入并联负反馈。引入并联负反馈。反馈效果与信号源内阻反馈效果与信号源内阻RS的关系的关系若电路采用若电路采用RS较小的电压源激励较小的电压源激励应引入串联负反馈应引入串联负反馈若电路采用若电路采用RS较大的

24、电流源激励较大的电流源激励应引入并联负反馈应引入并联负反馈反馈效果与增益的关系反馈效果与增益的关系若要稳定电压增益若要稳定电压增益应引入电压串联负反馈应引入电压串联负反馈若要稳定电导增益若要稳定电导增益应引入电流串联负反馈应引入电流串联负反馈q 深度负反馈条件深度负反馈条件 当电路满足深度负反馈条件当电路满足深度负反馈条件时：时：|1T |1F 或或称深度负反馈条件称深度负反馈条件 将将串联反馈电路输入电阻：串联反馈电路输入电阻：ifi ()isRR Fvv 并联反馈电路输入电阻：并联反馈电路输入电阻：ifi/0 ()isRRFiifff11kAkAAffssfs11kkAAA增益：增益：或或

25、f11ooifffxxAAxAkkx虚短路0iu虚断路0ii0ix：即q 深度负反馈条件下深度负反馈条件下Avfs的估算的估算 根据反馈类型确定根据反馈类型确定kf含义，并计算含义，并计算kf分析步骤分析步骤: : 若并联反馈若并联反馈Rif0 ：将输入端交流短路：将输入端交流短路若串联反馈若串联反馈Rif ：将输入端交流开路：将输入端交流开路则反馈系数则反馈系数 确定确定Afs(= xo / xs)含义，并计算含义，并计算Afs 1 / kf 将将Afs转换成转换成 Avfs= vo / vskf = xf / xo计算此时计算此时xo产生的产生的xfAvfs vsRC1vo+-+-RE1R

26、LRC2RfRST1T2+-vf法一：利用法一：利用Afs 1 / kf解：解：将输入端交流开路，即将将输入端交流开路，即将T T1 1管射极断开：管射极断开：则则fE1E1offRRRvvxxkofv因此因此fffE11/1/ovsvsvAkR Rv 该电路为电压串联负反馈放大器。该电路为电压串联负反馈放大器。Avfs vsRC1vo+-+-RE1RLRC2RfRST1T2+-vf解：解：将输入端交流开路，即将将输入端交流开路，即将T T1 1管基极和射极断开管基极和射极断开( (虚断虚断）：则则101EfEfRvvRR因此因此ffE11/oovssfvvAR Rvv 法二：利用法二：利用

27、。 0 ()iifxxx或 isfvvv对串联负反馈有：对串联负反馈有：+-vi（虚短）（虚短）Avfs （电流并联负反馈）（电流并联负反馈）解：解：将输入端交流短路，即将将输入端交流短路，即将T T1 1管基极交流接地：管基极交流接地：则则fE2E2offRRRiiki因此因此fffE21(1)ooi sssixiRAxikR ooC2LLfLffsssE2s(/)(1)v si ssvi RRRRRAAvi RRRR isRC1vo+-RLRC2RfRST1T2ifRE2io法一：利用法一：利用Afs 1 / kfAvfs 解：解：将输入端交流短路，即将将输入端交流短路，即将T T1 1管

28、基极交流接地管基极交流接地( (拆环拆环）（）（虚短虚短）：）：则则222022EEfeEfEfRRiiiRRRR 因此因此ooC2LfLfssE2s(/)(1)v ssvi RRRRAvi RRR法二：利用法二：利用 。 0 ()iifxxx或 isRC1vo+-RLRC2RfRST1T2ifRE2ioii对电流负反馈有：对电流负反馈有：isfiii（虚断）（虚断） Avfs 该电路为电压并联负反馈。该电路为电压并联负反馈。(1)(1)解：解：将反相输入端交流接地：将反相输入端交流接地：则则foff/ 1/Rvikgfff1/r sgAkR 因此因此1f1f1soofRRRARivvvAsr

29、ssv该电路为电压串联负反馈。该电路为电压串联负反馈。(2)(2)解：解：将反相输入端交流开路：将反相输入端交流开路：则则f11offRRRvvkv因此因此fff11/1/vsvAkR R -+AR1Rf+-vsvoif（图（图1）-+AR1Rf+-vsvo- - +vf（图（图2） 实际上，放大器在中频区施加负反馈时，有可能因实际上，放大器在中频区施加负反馈时，有可能因Akf 在在高频区的附加相移使负反馈变为正反馈，引起电路自激。高频区的附加相移使负反馈变为正反馈，引起电路自激。反馈放大器频率特性：反馈放大器频率特性：)(j1)(j)(jfTAA若在某一频率上若在某一频率上1)(jT放大器自

30、激放大器自激自激振幅条件自激振幅条件 1)(jT|(j )| 1TT( )(21) , (0,1,)nn 自激相位条件自激相位条件 说明说明 自激时，即使自激时，即使xi=0，但由于，但由于xi = xf ，因，因此反馈电路在无输入时，仍有信号输出。此反馈电路在无输入时，仍有信号输出。q 不自激条件不自激条件 | ()| 1T j)(T当当(或或 )0dB 时，时，| ()| 1T jT( )(21)n 或当或当0dB时，时，(或或 )注意：只要设法破坏自激的振幅条件或相位条件之一，注意：只要设法破坏自激的振幅条件或相位条件之一， 放大器就不会产生自激。放大器就不会产生自激。 q 稳定裕量稳定

31、裕量 要保证负反馈放大器稳定工作，还需使它远离自激状态，要保证负反馈放大器稳定工作，还需使它远离自激状态，远离程度可用稳定裕量表示。远离程度可用稳定裕量表示。g| ()| 1T当当时，相位裕量时，相位裕量ogTo45)(180T() 当当时，增益裕量时，增益裕量g(dB)20lg|()| 0dBT g增益交界角频率；增益交界角频率； 相位交界角频率。相位交界角频率。q 相位裕量图解分析法相位裕量图解分析法 假设放大器施加的是电阻性反馈，假设放大器施加的是电阻性反馈，kf 为实数：为实数：)/ 1lg(20)(lg20fgkA得得ggf| ()| | ()| 1TAk由由 在在|A( )|或或|

32、T( )|波特图上波特图上找找 g在在|A(j )|波特图上，作波特图上，作1/1/kf (dB)的水平线，交点即的水平线，交点即 g g在在|T( )|波特图上，与水平轴波特图上，与水平轴|T( )|=0dB的交点，即的交点，即 g根据根据 g在相频曲线上在相频曲线上找找 T( g)判断相位裕量判断相位裕量 ogTo45)(180若若放大器稳定工作放大器稳定工作ogTo45)(180若若放大器工作不稳定放大器工作不稳定注：注：1/kf (dB)的水平线称增益线。的水平线称增益线。例例1 1 已知已知A(j )波特图，判断电路是否自激。波特图，判断电路是否自激。(1/kf )dB g T( g

33、)（1 1）在）在| |A(j ) |波特图上作波特图上作1/kf (dB)的水平线。的水平线。分析：分析：（2 2）找出交点，即）找出交点，即 g（3 3）在在 T( )波特图上，找出波特图上，找出 T( g)（4 4）o45因此电路稳定工作，不自激。因此电路稳定工作，不自激。由于由于|A(j )| /dB o T( ) o- -180o- -90o例例2 2 已知已知T(j )波特图，判断电路是否自激。波特图，判断电路是否自激。 T( g)（1 1）由）由T( )波特图与横轴的交点，找出波特图与横轴的交点，找出 g分析：分析：（2 2）由）由 g在在 T( )波特图上，找出波特图上，找出

34、T( g)（3 3）o0，因此电路自激。，因此电路自激。由于由于|T(j )|/dB o T( ) o- -180o g g q 利用幅频特性渐近波特图判别稳定性利用幅频特性渐近波特图判别稳定性 一无零三极系统波特图如下，一无零三极系统波特图如下，分析分析 g落在何处系统稳定。落在何处系统稳定。0 p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 p2 p1|A ( )|/dB 2040600 0 p3- -20dB/十倍频十倍频- -40dB/十倍频十倍频- -60dB/十倍频十倍频80放大器必稳定工作。放大器必稳定工作。或或 g落在落在 P1与与

35、 P2之间之间只要只要 g g落在斜率为：落在斜率为：（-20dB/ /十倍频）的十倍频）的下降段内，下降段内， g go45则则 P2P2= =10 P1P1， P3 P3 = =10 P2P20 p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 p2 p1|A ( )| /dB 2040600 0 p3- -20dB/十倍频十倍频- -40dB/十倍频十倍频- -60dB/十倍频十倍频80 P2P2=10=10 P1P1，将将 P3 P3 靠近靠近 P2P2由于由于| | T T( ( P2P2)|)| 则则 g g落在落在 P1P1与与 P2P

36、2之间时，放大器依然稳定工作。之间时，放大器依然稳定工作。 结论：结论：在多极点的低通系统中，若在多极点的低通系统中，若 P3 10 P2，则只要则只要 g落在斜率为（落在斜率为（-20dB/ /十倍频）的下降段内，十倍频）的下降段内，或或 g落落在在 P1与与 P2之间，放大器必稳定工作。之间，放大器必稳定工作。 将将 P2 P2 靠近靠近 P1P1由于由于| | T T( ( P2P2)|)| 上述结论不成立上述结论不成立 0 p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 p2 p1|A ( )| /dB 2040600 0 p3- -20d

37、B/十倍频十倍频- -40dB/十倍频十倍频- -60dB/十倍频十倍频80解决方法：采用相位补偿技术。解决方法：采用相位补偿技术。在中频区，反馈系数在中频区，反馈系数kf 越大，反馈越深，电路性能越好。越大，反馈越深，电路性能越好。在高频区，在高频区，kf 越大，相位裕量越小，放大器工作越不稳定；越大，相位裕量越小，放大器工作越不稳定； 在中频增益在中频增益AI基本不变的前提下，设法拉长基本不变的前提下，设法拉长 P1与与 P2之间的间距，或加长斜率为之间的间距，或加长斜率为“-20dB/ /十倍频十倍频”线线段的长度，使得段的长度，使得kf增大时，仍能获得所需的相位裕量增大时，仍能获得所需

38、的相位裕量。相位补偿基本思想：相位补偿基本思想：q 滞后补偿滞后补偿技术技术 q 超前补偿超前补偿技术技术 q 滞后补偿技术滞后补偿技术( (简单电容补偿简单电容补偿和和弥勒电容补偿弥勒电容补偿） 简单电容补偿简单电容补偿 降低降低 P1P1补偿方法：补偿方法：将补偿电容将补偿电容C 并接在集成运放产生第一个极点并接在集成运放产生第一个极点角频率的节点上，使角频率的节点上，使 P1降低到降低到 d 。AdiRCC RC1P1)(1dCCR P1P1降低到降低到 d d反馈增益线下移反馈增益线下移稳定工作允许的稳定工作允许的k kf f增大。增大。 p2 p1|A ( )|/dB 0 0 p3A

39、vdI d20lg(1/kf) p2 p1|A ( )| /dB 0 0 p3AvdI d20lg(1/kfv) d与与kf 之间的关系：之间的关系：由图由图dB/20lglg)/1lg(20lg20dP2fdIvvkA十倍频十倍频整理得整理得)/(fdIP2dvvkA kfv d 反馈电路稳定性反馈电路稳定性 ，但，但 H 。 kfv=1时，时，dIP2d0d/vA全补偿全补偿 (C 用用 CS表示表示) d0此时此时kf无论取何值（小于等于无论取何值（小于等于1），电路均可稳定），电路均可稳定工作。工作。 例例1 1：一集成运放：一集成运放AvdI =105 ，fP1=200Hz，fP2=

40、2MHz， fP3=20MHz，产生产生fP1节点上等效电路节点上等效电路R1=200K ，接成同，接成同相放大器，采用简单电容补偿。相放大器，采用简单电容补偿。fp2fp1Avd (f )/dBf0 0fp310020406080解：解：（1 1）求未补偿前，同相放大器提供的最小增益）求未补偿前，同相放大器提供的最小增益 ？根据题意，可画出运放的幅频渐近波特图。根据题意，可画出运放的幅频渐近波特图。未补偿前，为保证稳定工作未补偿前，为保证稳定工作: :1kfvAvfmin = 1041kfv(dB) 80dB即即解：解：（2 2）若要求）若要求Avf =10，求所需的，求所需的补偿电容补偿电容C =？由由 Avf = 10