负反馈放大电路的自激与频率补偿ppt课件

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1、 5.3.3 集成运算放大器的频率补偿集成运算放大器的频率补偿 5.3.2 负反馈放大电路稳定性的判断负反馈放大电路稳定性的判断5.3.1 负反馈放大电路的自激振荡条件负反馈放大电路的自激振荡条件 5.3.4 集成运算放大器的高频参数集成运算放大器的高频参数5.3.1 负反馈放大电路的自激振荡条件负反馈放大电路的自激振荡条件幅度幅度平衡平衡条件条件1 . FA相位相位平衡平衡条件条件 180 fa 幅度幅度起振起振条件条件1 . FA相位相位起振起振条件条件 180 fa 附加相移附加相移幅度幅度平衡平衡条件条件1 . FA相位相位平衡平衡条件条件 180 fa 幅度幅度起振起振条件条件1 .

2、 FA相位相位起振起振条件条件 180 fa 1 . FA 180 fa 5.3.1 负反馈放大电路的自激振荡条件负反馈放大电路的自激振荡条件f.id.o.f.id.o. 1XXXXXXFA 即即id.f. 1XXFA 则则f.Xi.Xo.Xid.X5.3.2 负反馈放大电路稳定性的判断负反馈放大电路稳定性的判断一一、判断方法判断方法产生自激振荡产生自激振荡1 . FA是否满足是否满足 且且 180 fa dB0 20lg. FA1 . FA 即即一一、判断方法判断方法产生自激振荡产生自激振荡不产生自激振荡不产生自激振荡dB 0 20lg. FA1 . FA即即5.3.2 负反馈放大电路稳定性

3、的判断负反馈放大电路稳定性的判断二、稳定裕度二、稳定裕度1. 增益裕度增益裕度 Gm2. 相位裕度相位裕度m 指指频率处的环路增益分贝值频率处的环路增益分贝值 180 fa 时对应时对应通常要求通常要求dB10 mG二、稳定裕度二、稳定裕度1. 增益裕度增益裕度 Gm2. 相位裕度相位裕度m 指指频率处的环路增益分贝值频率处的环路增益分贝值 180 fa 时对应时对应通常要求通常要求dB10 mG指指环路附加相移绝对值与环路附加相移绝对值与180 的差值的差值时对应频率处时对应频率处dB0lg20. FAcff fam180 通常要求通常要求 45m 反馈网络为纯电阻网络时判断稳定的简便方法反

4、馈网络为纯电阻网络时判断稳定的简便方法 在开环幅频特性图中作高度为在开环幅频特性图中作高度为 的水平线（的水平线（称称之反馈线），之反馈线），与幅频特性曲线相交，根据交点所对应的附加与幅频特性曲线相交，根据交点所对应的附加相移相移 a a 是否小于是否小于180180 来判别电路是否稳定。若小于来判别电路是否稳定。若小于180180 ，则稳定，否则不稳定。则稳定，否则不稳定。./1lg20F 直接利用开环幅频特性进行判断：直接利用开环幅频特性进行判断：./1lg20lg20FA 1 020lg . FAFA，即即反馈网络为纯电阻网络时判断稳定性举例反馈网络为纯电阻网络时判断稳定性举例稳定稳定

5、稳定稳定 不稳定不稳定 不稳定不稳定 可见：可见： 反馈系数反馈系数F 越大即反馈越深，越大即反馈越深，则越易自激。则越易自激。反馈网络为纯电阻网络时判断稳定性举例反馈网络为纯电阻网络时判断稳定性举例 若能使反馈线与若能使反馈线与开环幅频特性曲线开环幅频特性曲线交于交于 20dB /十倍频十倍频 的区域，则可有的区域，则可有 a 135 ，即有，即有45 及以上相位裕量，及以上相位裕量，使电路稳定。使电路稳定。 a 135 一般应使水平线一般应使水平线 与开环幅频特性曲线相交于与开环幅频特性曲线相交于 20dB /十倍频程十倍频程 的区域，这样通常可的区域，这样通常可有不小于有不小于45 的相

6、位裕的相位裕量，使电路稳定。量，使电路稳定。./1lg20F设计负反馈放大电路的重要原则之一：设计负反馈放大电路的重要原则之一：例例5.3.1某负反馈放大电路中，开环频率特性如图所示，设某负反馈放大电路中，开环频率特性如图所示，设反馈网络为纯电阻网络，为保证电路稳定工作，试反馈网络为纯电阻网络，为保证电路稳定工作，试确定反馈系数的最大值。确定反馈系数的最大值。解：解： 为保证可靠稳定，设为保证可靠稳定，设 相位裕量为相位裕量为45 ，则，则 由图可得由图可得: :4maxmax10dB801lg20 FF 135 5.3.3 集成运算放大器的频率补偿集成运算放大器的频率补偿 频率补偿即频率补偿

7、即在电路中接入一些电容、电阻元件，改变放大在电路中接入一些电容、电阻元件，改变放大电路开环增益在高频段的相频特性，使电路具有足够的稳定裕电路开环增益在高频段的相频特性，使电路具有足够的稳定裕量，故频率补偿也称相位补偿。量，故频率补偿也称相位补偿。 常用措施：常用措施：电容滞后补偿或电容滞后补偿或称简单电容补偿称简单电容补偿RC 滞后补偿滞后补偿密勒效应补偿密勒效应补偿2i2i1o1H)/(21CRRf 简单电容补偿方法：简单电容补偿方法： 补偿电容加于上限补偿电容加于上限频率最低的那个放大器频率最低的那个放大器的输入端，使反馈线只的输入端，使反馈线只能处于能处于开环幅频特性曲开环幅频特性曲线斜

8、率为线斜率为 20dB /十倍十倍频频 的区域。的区域。)(/(212i2i1oHCCRRf 由于反馈线只能在横轴上方，由于反馈线只能在横轴上方，因此补偿后，能稳定。因此补偿后，能稳定。以简单电容补偿为例说明频率补偿原理以简单电容补偿为例说明频率补偿原理*讨论讨论负反馈放大电路产生自激振荡的主要原因是什么？负反馈放大电路产生自激振荡的主要原因是什么？如何预防或消除之？如何预防或消除之？ 答：答：由于放大电路在高频段和低频段存在附加相移，当负反馈由于放大电路在高频段和低频段存在附加相移，当负反馈放大电路中环路增益的附加相移达到放大电路中环路增益的附加相移达到 180 时，就将负反馈变成时，就将负

9、反馈变成正反馈，若环路增益的幅值还满足正反馈，若环路增益的幅值还满足 ，就会产生自激，就会产生自激振荡，这是负反馈放大电路产生自激振荡的主要原因。负反馈振荡，这是负反馈放大电路产生自激振荡的主要原因。负反馈放大电路级数越多，反馈越深，产生自激振荡的可能性就越大。放大电路级数越多，反馈越深，产生自激振荡的可能性就越大。 1. FA 要预防或消除自激振荡，就必须破坏产生振荡的条件。要预防或消除自激振荡，就必须破坏产生振荡的条件。对高频自激振荡，通常采用频率补偿。对阻容耦合方式构成的对高频自激振荡，通常采用频率补偿。对阻容耦合方式构成的负反馈放大电路，所用耦合电容和旁路电容的数目越多，则产负反馈放大

10、电路，所用耦合电容和旁路电容的数目越多，则产生低频自激振荡的可能性越大，对付由此引起的低频振荡可通生低频自激振荡的可能性越大，对付由此引起的低频振荡可通过适当改变耦合电容和旁路电容的电容量。对因电源耦合引起过适当改变耦合电容和旁路电容的电容量。对因电源耦合引起的低频自激振荡，通常采用电源去耦电路。的低频自激振荡，通常采用电源去耦电路。AudAudAud0.5V/ s)/(lg20NPOuuu cd/lg20uuAABNBPII 2/ )(BNBPII maxod/dtu 5.3.4 集成运算放大器的高频参数集成运算放大器的高频参数它们限制了运放应用电路的最高工作频率。它们限制了运放应用电路的最

11、高工作频率。一一、小信号频率参数小信号频率参数1. 开环带宽开环带宽BW2. 单位增益带宽单位增益带宽BWGf / Hz20lgAud /dBf H=BWOf c=BWG BWG= Aud BW = Auf BWf带宽增益积带宽增益积 =可见：可见： BWf 受到受到BWG 和和Auf 的限制。的限制。 5.3.4 集成运算放大器的高频参数集成运算放大器的高频参数 开环放大倍数与开环放大倍数与开环带宽之积开环带宽之积 所构成的负反馈放大电路的所构成的负反馈放大电路的闭环放大倍数与闭环带宽之积闭环放大倍数与闭环带宽之积一一、小信号频率参数小信号频率参数1. 开环带宽开环带宽BW2. 单位增益带宽

12、单位增益带宽BWGf / Hz20lgAud /dBf H=BWOf c=BWG BWG= Aud BW = Auf BWf带宽增益积带宽增益积 =用之构成用之构成 Auf = 10 的放大电路时，可得的放大电路时，可得 BWf =例：例：运放运放 LM741 : Aud = 104，BW = 7 Hz，7 kHz可见：可见： BWf 受到受到BWG 和和Auf 的限制。的限制。 5.3.4 集成运算放大器的高频参数集成运算放大器的高频参数二二、大信号动态参数大信号动态参数1. 转换速率转换速率 SRmaxoRddtuS 时时当当输输出出为为正正弦弦波波 sin omotUu omomo2dd

13、maxfUUtu 则则SR 2 f Uom例：例： A741： SR =0.5V/ s ， Aud = 104，BW = 7 Hz min(7kHz， 8 kHz)=7kHztUtu cosddomo 故应保证故应保证可见：可见： BWf 还受到还受到SR 和和Uom 的限制。的限制。 即即BWf 由由SR 、Uom 、 BWG 、Auf 共同决定。共同决定。用之构成用之构成 Auf = 10 的放大电路，的放大电路， Uomm= 10 V ，求，求BWf 故可得故可得 BWf =解：解： 受受BWG 和和Auf 的限制，的限制， BWf 为为7kHz 受受SR 和和Uom的限制，的限制， B

14、Wf =(0.5/210)MHz=8kHz1. 转换速率转换速率 SRmaxoRddtuS SR 2 f Uom2. 全功率带宽全功率带宽 BWP指输出最大峰值电压时对应的最高工作频率指输出最大峰值电压时对应的最高工作频率ommRP2 USBW 二二、大信号动态参数大信号动态参数1. 了解负反馈放大电路产生自激振荡的原因、条件了解负反馈放大电路产生自激振荡的原因、条件 和消除方法，了解负反馈放大电路稳定性的判断。和消除方法，了解负反馈放大电路稳定性的判断。2. 了解集成运放的频率补偿方法，了解集成运放的了解集成运放的频率补偿方法，了解集成运放的 高频参数及其应用。高频参数及其应用。主要要求：主要要求：1. 负反馈放大电路稳定性的判断。负反馈放大电路稳定性的判断。2. 集成运放的的高频参数及其应用。集成运放的的高频参数及其应用。 重点：重点：作业：作业：