模电负反馈放大电路的稳定性

1、模电课件负反馈放大电路的稳定性第1页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四6.5.1 自激及稳定工作条件1. 自激振荡现象 在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。第2页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四 由于存在RC回路，在高频区或低频区产生附加相移AF，当AF达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。 在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，所以F=0 ，AF = A+F= A。 2. 产生原因第3页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四6.5.1 负反馈放大电

2、路的自激条件第4页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四6.5.1 自激及稳定工作条件3. 自激振荡条件自激振荡反馈深度即得自激振荡条件幅值条件相位条件（附加相移）闭环增益第5页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四6.5.2 负反馈放大电路的自激1. 波特图的绘制2. 放大电路自激的判断3. 环路增益波特图的引入4. 判断自激的条件第6页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四1. 波特图的绘制 有效地判断放大电路是否能自激的方法，可用波特图。例：有一个三极点直接耦合开环放大电路的频率特性方程式如下:第7页，共24页，2022年，5月20日，6点

3、52分，星期四 图6.23 以20lg|Av |为Y坐标的波特图 （动画6-5） 根据给定的频率特性方程，放大电路在高频段有三个极点频率fp1、fp2和fp3。105代表中频电压放大倍数（100dB），于是可画出幅度频率特性曲线和相位频率特性曲线。总的相频特性曲线是用每个极点频率的相频特性曲线合成而得到的。 相频特性曲线的Y坐标是附加相移A。当A=180时，即图中的S点对应的频率称为临界频率fc。当f= fc时反馈信号与输入信号同相，负反馈变成了正反馈，只要信号幅度满足要求，即可自激。第8页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四6.5.1 自激及稳定工作条件负反馈放大电路稳定性

4、分析一般与频率无关，则的幅频响应是一条水平线水平线的交点为即该点满足对于幅度条件 第9页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四第10页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四6.5.1 自激及稳定工作条件(2) 作水平线判断稳定性方法(1) 作出的幅频响应和相频响应波特图在水平线的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3) 判断是否满足相位裕度m 45若该点满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的点处作垂线交 于P点若P点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。或第11页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四设反馈系数F1=10-4，闭环波特图与开环的波特

5、图交P点，对应的附加相移A=90，不满足相位条件，不自激。第12页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四 进一步加大负反馈量，设反馈系数F2=10-3，闭环波特图与开环的波特图交P点，对应的附加相移A=135，不满足相位条件，不自激。 此时A虽不是180，但已接近正反馈的范畴，因此当信号频率接近106Hz时，即P点时，放大倍数就有所提高。第13页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四 再进一步加大反馈量，设反馈系数F3=10-2，闭环波特图与开环波特图交P点，对应的附加相移A=180。当放大电路的工作频率提高到对应P点处的频率时，满足自激的相位条件。 此时放大电

6、路有 40 dB 的 增 益，AF= 102 10-2=1，正好满足放大电路自激的幅度条件，放大电路产生自激。此时F是可取得的最大反馈系数。第14页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四6.5.1 自激及稳定工作条件5. 负反馈放大电路稳定性分析基本放大电基本放大越大，水平线下移，越容易自激越大，表明反馈深度越深,越容易自激。P点交在 的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。第15页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四图6.24 环路增益波特图环路增益波特图(动画6-6)第16页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四4. 稳定裕度: 相位裕

7、度m45 幅度裕度| Gm | 10 dB第17页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四4. 判断自激的条件 根据以上讨论，可将环路增益波特图分为三种情况，如图6.25所示。临界频率fc(180)大于切割频率f 0 则电路稳定。(a)稳定:fcf0 ,Gm0dB (b)自激: fc0dB (c)临界状态: fc=f0, Gm=0dB 图6.25 判断自激的实用方法第18页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四消除自激的条件1、当 使2、当 使 在靠近主极点的地方加电容第19页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四第20页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四第21页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四第22页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四例6.5：有一负反馈放大电路的频率特性表达式 如下:1.试判断放大电路是否可能自激,2.如果自激使用电容补偿消除之。解：先作出幅频特性曲线和相频特性曲线， 如图6.24所示。第23页，共24页，2022年，5月20日，6点52分，星期四 图6.26 利用电容补偿消除自激振荡（动画6-7） 加电容补偿，改变极点频率fp1的位置至102 Hz处，从新的相频特性曲