模电课件负反馈放大电路的稳定性课件

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1、6.5.1 负反馈放大电路的自激条件负反馈放大电路的自激条件6.5.2 用波特图判断负反馈放大电路的自激用波特图判断负反馈放大电路的自激 负反馈可以改善放大电路的性能指标，越大负反馈可以改善放大电路的性能指标，越大越好吗？越好吗？6.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件1.自激振荡现象自激振荡现象 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。定频率的信号输出。由于存在由于存在RC回路，回路，在高频区或低频区在高频区或低频区产生产生附加相移附加相移 AF，当，当 AF达到达到180，使中使中频区的负反馈在高频区或低频区变成

2、了正反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，便产生自馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。激振荡。在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，所以所以 F=0 ，AF=A+F=A。2.产生原因产生原因6.5.1 6.5.1 负反馈放大电路的自激条件负反馈放大电路的自激条件ioxxFAAA1=f6.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件3.自激振荡条件自激振荡条件自激振荡自激振荡反馈深度反馈深度时，时，01 FA即即1 FA为为环环路路增增益益）（FAVf反馈网络反馈网络F基本放大电路基本放大电路AVo1Vid得自激振荡条件

3、得自激振荡条件1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值条件幅值条件相位条件相位条件（附加相移）（附加相移）FAAA 1F闭环增益闭环增益6.5.2 6.5.2 负反馈放大电路的自激负反馈放大电路的自激1.1.波特图的绘制波特图的绘制2.2.放大电路自激的判断放大电路自激的判断3.3.环路增益波特图的引入环路增益波特图的引入4.4.判断自激的条件判断自激的条件1.1.波特图的绘制波特图的绘制 有效地判断放大电路是否能自激的方法，可用有效地判断放大电路是否能自激的方法，可用波特图。波特图。例：有一个三极点直接耦合开环放大电路的频率特例：有一个三极点直接耦合开环放大电路的频率特性

4、方程式如下性方程式如下:)10j1)(10j1)(10j1(107645idofffVVAv 图图6.23 6.23 以以20lg|Av|为为Y坐标的坐标的波特图波特图 （动画动画6-56-5）根据给定的频率根据给定的频率特性方程，放大电路特性方程，放大电路在高频段有三个在高频段有三个极点极点频率频率fp1、fp2和和fp3。105代表中频电压放代表中频电压放大倍数（大倍数（100dB），），于是可画出幅度频率于是可画出幅度频率特性曲线和相位频率特性曲线和相位频率特性曲线。总的相频特性曲线。总的相频特性曲线是用每个极特性曲线是用每个极点频率的相频特性曲点频率的相频特性曲线合成而得到的。线合成而

5、得到的。相频特性曲线的相频特性曲线的Y坐标是附加相移坐标是附加相移 A。当当 A=180 时时，即图，即图中的中的S点对应的频率称点对应的频率称为为临界频率临界频率fc。当。当f=fc时反馈信号与输入信时反馈信号与输入信号同相，负反馈变成号同相，负反馈变成了正反馈，只要信号了正反馈，只要信号幅度满足要求，即可幅度满足要求，即可自激。自激。6.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析一般一般与频率无关，与频率无关，F则则F1lg20的幅频响应是一条水平线的幅频响应是一条水平线F1lg20水平线水平线Alg20 与与的交点为的交点为F1lg20A

6、lg20 1 FA即该点满足即该点满足对于幅度条件对于幅度条件 1FAdB0/1lg20lg20lg20FAFA6.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件(2)作作F1lg20水平线水平线判断稳定性方法判断稳定性方法(1)作出作出A的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图F1lg20在水平线在水平线Alg20 与与的交点作垂线交相频响应曲线的一点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判断是否满足相位裕度 m 45 若该点若该点 135 a 满足相位裕度，稳定；否则不稳定。满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的在相频响应的点处作垂线交点处作垂线交 于于

7、P点点 135 a Alg20 若若P点在点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。水平线之下，稳定；否则不稳定。F1lg20或或设反馈系数设反馈系数F1=10-4，闭环波特图与开环的闭环波特图与开环的波特图交波特图交P点，对应的点，对应的附加相移附加相移 A=90，不满足相位条件，不不满足相位条件，不自激。自激。进一步加大负进一步加大负反馈量，反馈量，设反馈系设反馈系数数F2=10-3，闭环波，闭环波特图与开环的波特特图与开环的波特图交图交P点，对应的点，对应的附加相移附加相移 A=135，不满足相位条件，不满足相位条件，不自激。不自激。此时此时 A虽不是虽不是180，但已接近正，但已接近正反馈的

8、范畴，因此当反馈的范畴，因此当信号频率接近信号频率接近106Hz时，即时，即P点时，放大点时，放大倍数就有所提高。倍数就有所提高。再进一步加大反再进一步加大反馈量，馈量，设反馈系数设反馈系数F3=10-2，闭环波特，闭环波特图与开环波特图交图与开环波特图交P点，对应的附加点，对应的附加相移相移 A=180。当当放大电路的工作频率放大电路的工作频率提高到对应提高到对应P点处点处的频率时，满足自激的频率时，满足自激的的相位条件相位条件。此时放大电路此时放大电路有有 40 dB 的的 增增 益，益，AF=102 10-2=1，正好满足放大电路正好满足放大电路自激的自激的幅度条件幅度条件，放大电路产生

9、自激。放大电路产生自激。此时此时F是可取得的最是可取得的最大反馈系数。大反馈系数。6.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件5.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析基本放大电基本放大电 1点点 FA基本放大基本放大增增大大 FF越大，水平线越大，水平线下移，越下移，越F1lg20容易自激容易自激F越大，表明越大，表明反馈深度越深反馈深度越深,越容易自激。越容易自激。P点交在点交在 的的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。十倍频程处，放大电路是稳定的。Alg20 图图6.246.24 环路增益波特图环路增益波特图环路增益波特图环路增益波特图1FAFAFA/1lg20lg2

10、0lg20(动画动画6-6)4.稳定裕度稳定裕度:相位裕度相位裕度 m45 幅度裕度幅度裕度|Gm|10 dB4.4.判断自激的条件判断自激的条件 根据以上讨论，可将环路增益波特图分为三种情况，根据以上讨论，可将环路增益波特图分为三种情况，如图如图6.256.25所示。所示。临界频率临界频率fc(180)大于切割频率大于切割频率f 0 则电路稳定。则电路稳定。(a)稳定稳定:fcf0,Gm0dB (b)自激自激:fc0dB (c)临界状态临界状态:fc=f0,Gm=0dB 图图6.25 6.25 判断自激的实用方法判断自激的实用方法消除自激的条件1、当 使2、当 使 在靠近主极点的地方加电容1

11、80)12(fan1FA1FA180)12(fan例例6.56.5：有一负反馈放大电路的频率特性表达式：有一负反馈放大电路的频率特性表达式 如下如下:)10j1)(10j1)(10j1(10)(7655idofffVVfAv1.1.试判断放大电路是否可能自激试判断放大电路是否可能自激,2.2.如果自激使用电容补偿消除之。如果自激使用电容补偿消除之。解解：先作出幅频特性曲线和相频特性曲线，先作出幅频特性曲线和相频特性曲线，如图如图6.24所示所示。图图6.26 6.26 利用电容补偿消除自激振荡利用电容补偿消除自激振荡（动画动画6-76-7）加电容补偿，改变加电容补偿，改变极点频率极点频率fp1的位置至的位置至102 Hz处，从新的相频处，从新的相频特性曲线可知，在特性曲线可知，在f 0处处有有45 的相位裕量。因的相位裕量。因此负反馈放大电路稳定，此负反馈放大电路稳定，可消除原来的自激。此可消除原来的自激。此时反馈系数时反馈系数F=0.1。由由 A=180 可确可确定临界自激线，所以反定临界自激线，所以反馈量使闭环增益在馈量使闭环增益在60dB以下时均可产生以下时均可产生自激。自激。