高二物理竞赛课件负反馈放大电路的稳定性

负反馈放大电路的稳定性

2负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路自激振荡产生的原因一、自激振荡产生的原因+＋－在中频段，由于>0,和的相角A+F=2n（n为整数）在低频段，因耦合电容、旁路电容的存在，将产生超前相移；在高频段，因半导体元件极间电容的存在，将产生滞后相移；这些附加相移，用(’A+’F)来表示。当某一频率f0的信号使附加相移’A+’F＝n（n为奇数）时，反馈量与中频段相比产生超前或滞后1800，因而使净输入量3输出量也随着增大，反馈的结果使放大倍数增大。若由于某种电扰动，其中含有频率为f0的信号，使’A+’F＝±，由此产生了输出信号；+＋－由于半导体器件的非线性特性，若电路最终能够达到动态平衡，即反馈信号维持着输出信号，而输出信号又维持着反馈信号，它们互相依存，则称电路产生了自激振荡电路产生自激振荡时，输出信号有其特定的频率f0和一定幅值，且振荡频率f0必在电路的低频段或高频段。而电路一旦产生自激振荡将无法正常放大，称电路处于不稳定状态。4二、自激振荡的平衡条件在电路产生自激振荡时，由于与相互维持，所以起振条件+＋－（1）幅值条件：（2）相位条件：（n是整数）相位条件保证反馈极性为正反馈，振幅条件保证反馈有足够的强度。56.6.2负反馈放大电路稳定性的定性分析设放大电路采用直接耦合方式，且反馈网络为纯电阻网络，则电路只可能产生高频振荡，且附加相移仅产生于放大电路。在单管放大电路中引入负反馈，因其产生的最大附加相移为-900，不存在满足相位条件的频率，故不可能产生自激振荡。0°-45°-90°fffH-20dB/十倍频0°-90°-180°fffH1-40dB/十倍频在两级放大电路中引入负反馈，当频率从零变化到无穷大时，附加相移从00变化到-1800，虽然从理论上存在满足相位条件的频率f0，但f0趋于无穷大，且当f=f0时的值为零，不满足幅值条件，故不可能产生自激振荡。620100406080100101102103104f0-20dB/十倍频-40dB/十倍频-60dB/十倍频f/Hz00-450-900-1350-1800-2250-2700ffc在三级放大电路中引入负反馈，当频率从零变化到无穷大时，附加相移从00变化到-2700，因而存在频率f0，且当f=f0时，有可能满足幅值条件，故可能产生自激振荡。可以推论，四级、五级放大电路更易产生自激振荡，因为它们一定存在f0，且更易满足幅值条件。因此，实用电路中以三级放大电路最常见。放大电路级数越多，引入负反馈后越易产生高频振荡。同理，放大电路耦合电容、旁路电容等愈多，引入负反馈后，愈容易产生低频振荡。而且(1+AF)愈大，即反馈愈深，满足幅值条件的可能性愈大，产生自激振荡的可能性就愈大。7204060103104105106-20dB/十倍频-60dB/十倍频f/Hz00-450-900-1350-1800-2250-2700f86.6.3负反馈放大电路稳定性的判断fffcm-1800-9000Gmf0-270000A+Ffffc-1800-9000f0-270000A+F判定负反馈放大电路是否稳定的方法：（１）若不存在f0，则电路稳定。（２）若存在f0，且f0<fc，则电路不稳定，必然产生自激振荡；若存在f0，但f0>fc，则电路稳定，不会产生自激振荡。9fffcm-1800-9000Gmf0-270000A+F二、稳定裕度定义f=f0时的所对应的为幅值裕度Gm定义f=fc时的｜A+F｜与1800的差值为相位裕度m稳定的负反馈放大电路的Gm<0，而且|Gm|愈大，电路愈稳定。通常认为Gm≤-10dB，电路就具有足够的幅值稳定裕度。稳定的负反馈放大电路的m>0，而且m

愈大，电路愈稳定。通常认为m≥450，电路就具有足够的相位稳定裕度。★只有当Gm≤-10dB且m≥450时，才认为负反馈放大电路具有可靠的稳定性。10例1：某负反馈放大电路的波特图为：f/HZf/HZfofo60402000-90°-180°

AF(a)产生自激由波特图中的相频特性可见，当f=f0时，相位移AF=-180º，满足相位条件；结论：当f=f0时，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。此频率对应的对数幅频特性位于横坐标轴之上，即：11结论：该负反馈放大电路不会产生自激振荡，能够稳定工作。例2：由负反馈放大电路的波特图可见，当f=f0，相位移

AF=-180º时f/HZf/HZf0f0604020OO-90°-180°

AFfcfc利用波特图来判断自激振荡(b)不产生自激12f’H1-20dB/十倍频-40dB/十倍频-60dB/十倍频ffH1f