模電負(fù)反饋技術(shù)

1、2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)6.5.2 負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性 負(fù)反饋可以改善放大電路的各種特性負(fù)反饋可以改善放大電路的各種特性 降低放大倍數(shù)降低放大倍數(shù)對(duì)于多級(jí)放大電路而言，負(fù)反饋深度太深對(duì)于多級(jí)放大電路而言，負(fù)反饋深度太深可能會(huì)引起放大電路產(chǎn)生自激振蕩，使放可能會(huì)引起放大電路產(chǎn)生自激振蕩，使放大電路失去放大作用，不能正常工作大電路失去放大作用，不能正常工作 但負(fù)反饋也但負(fù)反饋也會(huì)給放大電路帶來(lái)一些不利會(huì)給放大電路帶來(lái)一些不利的影響的影響. . 2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)1負(fù)反饋放大電路自激振蕩的條件和判斷方法負(fù)反饋放大電路自激振蕩的條件和判斷方法 （1）自激振蕩

2、自激振蕩)()(1)()(sBsAsAsAf 0)()(1 sBsA0 )()()(sXsXsAiof )()()(sAsXsXfoi 0)( sXo說(shuō)明當(dāng)說(shuō)明當(dāng)Xi(s)=0時(shí)，時(shí)，Xo0，表示此時(shí)放大電路即表示此時(shí)放大電路即使沒(méi)有外加輸入信號(hào)，也有一定的輸出信號(hào)，使沒(méi)有外加輸入信號(hào)，也有一定的輸出信號(hào)，放大電路的這種狀態(tài)稱為自激振蕩。放大電路的這種狀態(tài)稱為自激振蕩。 0)()(1 sBsA（2 2）自激振蕩條件）自激振蕩條件 1)()( sBsAsT 1)()( jBjAjT電路就會(huì)由負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答?，使放大電路產(chǎn)電路就會(huì)由負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答?，使放大電路產(chǎn)生自激振蕩生自激振蕩 正反饋正反饋幅

3、度條件幅度條件 1)()()( jBjAjT相位條件相位條件 180)()()( BAT充分條件充分條件 必要條件必要條件 要使負(fù)反饋系統(tǒng)不產(chǎn)生自激要使負(fù)反饋系統(tǒng)不產(chǎn)生自激, ,穩(wěn)定工作的條件穩(wěn)定工作的條件: : 180)( T1)( jT不滿足振幅條件不滿足振幅條件 1)( jT180)( T不滿足相位條件不滿足相位條件 2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)(3)用環(huán)路增益波特圖判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性用環(huán)路增益波特圖判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 20lgT(j)0)0則則 稱為增益交叉頻率稱為增益交叉頻率 1)( ojT 180)( To 則則 稱為相位交叉頻率稱為相位交叉頻率 20lgT(j)0dBo0

4、o-90oT T(j)(j)-180oo 自激振蕩自激振蕩負(fù)反饋負(fù)反饋 1)( ojT o 自激振蕩自激振蕩20lgT(j)0dB0o-90oT T(j)(j)-180o0o-90oT T(j)(j)-180oo20lgT(j)0dBoo 不會(huì)自激振蕩不會(huì)自激振蕩0)(lg20 ojT 2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)二、穩(wěn)定裕度二、穩(wěn)定裕度 (Stability Margin)(Stability Margin)反映負(fù)反饋放大器遠(yuǎn)離自激程度的物理量反映負(fù)反饋放大器遠(yuǎn)離自激程度的物理量1 1相位裕度相位裕度 定 義定 義 : : 在在 T ( j ) 波 特 圖 上波 特 圖 上 , , T(

5、jo)=0db點(diǎn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的T (jo)與與(-180o)的差值的差值, ,稱為相位裕稱為相位裕度度m, ,即即 )180()(00 Tm)(18000 T 00m45 mGdB)( jT-45o-90o-135o-180o)( T為使反饋系統(tǒng)穩(wěn)定工作為使反饋系統(tǒng)穩(wěn)定工作, ,要求要求: : m45o 一般取一般取: : m=45o 60o 2 增益裕度增益裕度Gm 定義定義: :在在T(j)波特圖上波特圖上, , T (jo) = = (-180o) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)的| |T(jo) | |的數(shù)值的數(shù)值. . )(lg20 jTGm 為使反饋系統(tǒng)穩(wěn)定工作為使反饋系統(tǒng)穩(wěn)定工作, ,要求要求:

6、 |: |Gm | | =10-20dB一般一般: :只有環(huán)路增益幅頻波只有環(huán)路增益幅頻波特圖以特圖以-20dB/十倍頻速率十倍頻速率穿越穿越0dB軸時(shí)軸時(shí), ,閉環(huán)系統(tǒng)才閉環(huán)系統(tǒng)才是穩(wěn)定的是穩(wěn)定的. .00m45 mGdB)( jT-45o-90o-135o-180o)( T2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)二、穩(wěn)定裕度二、穩(wěn)定裕度 (Stability Margin)(Stability Margin) 3 利用開(kāi)環(huán)增益的波特圖判斷放大器的穩(wěn)定性利用開(kāi)環(huán)增益的波特圖判斷放大器的穩(wěn)定性. . 對(duì)于深度負(fù)反饋放大系統(tǒng)對(duì)于深度負(fù)反饋放大系統(tǒng), ,且反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻性且反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻性網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò).B

7、(j)=B.B(j)=B 閉環(huán)增益閉環(huán)增益: : ( (在中頻和低頻情況下在中頻和低頻情況下) ) B1jB1jBjA1jAjAf )()()()()( 又又環(huán)路增益環(huán)路增益T (j)= (j)= A(j) B(j) B 而環(huán)路增益為而環(huán)路增益為0dB的點(diǎn)的點(diǎn): : | |T (j(jo o)|=|)|=|A(j(jo o)B|=1)B|=1 )(1)(ofojABjA 結(jié)論結(jié)論: :開(kāi)環(huán)增益開(kāi)環(huán)增益A(j)(j)的幅頻波特圖的幅頻波特圖BjAof1)( 與閉環(huán)增益與閉環(huán)增益的波特圖的波特圖的交點(diǎn)即為環(huán)路增益的的交點(diǎn)即為環(huán)路增益的0dB0dB點(diǎn)點(diǎn), ,即即T (j(jo o)=0)=0的點(diǎn)的點(diǎn)

8、. . 0dBjA)(lg20 dB)( jTdBjT)(lg20 0B12022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)- 9 00/十倍十倍頻頻01 110 100 100020806040f(KHz)dBjA)( 例例: : 設(shè)某極大器的開(kāi)環(huán)增益為一個(gè)三極點(diǎn)放大系統(tǒng)設(shè)某極大器的開(kāi)環(huán)增益為一個(gè)三極點(diǎn)放大系統(tǒng). .)1001)(101)(11 (10000)1)(1)(1 ()(321KHzfjKHzfjKHzfjffjffjffjAjA 如果反饋系統(tǒng)如果反饋系統(tǒng)B=0.001 10001)( BjAf dB60dBjAf )( -45O-180O-90O-135O-225O-270Of(KHz)-450/

9、十倍頻十倍頻-450/十 倍十 倍頻頻Af=1/B-20dB/十倍頻十倍頻-40dB/十十倍頻倍頻-60dB/十倍頻十倍頻a(-135o)dBdBjT0)( om45 穩(wěn)定穩(wěn)定1000,10001 fAB穩(wěn)定穩(wěn)定1000,10001 fAB不穩(wěn)定不穩(wěn)定om45 om45 結(jié)論結(jié)論: :開(kāi)環(huán)增益開(kāi)環(huán)增益A(j)的幅的幅頻波特圖只有環(huán)路增益頻波特圖只有環(huán)路增益幅頻波特圖以幅頻波特圖以-20dB/ /十十倍頻速率穿越倍頻速率穿越Af=1/B直直線時(shí)線時(shí), ,閉環(huán)系統(tǒng)才是穩(wěn)定閉環(huán)系統(tǒng)才是穩(wěn)定的的. .2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)相位補(bǔ)償原理與技術(shù)相位補(bǔ)償原理與技術(shù)由上分析可知由上分析可知, ,負(fù)反

10、饋越深負(fù)反饋越深, ,放大器的性能改善越高放大器的性能改善越高, ,但但也越容易自激振蕩也越容易自激振蕩, ,為了提高放大器在深度負(fù)反饋條為了提高放大器在深度負(fù)反饋條件下的工作穩(wěn)定性件下的工作穩(wěn)定性, ,一般采用相位補(bǔ)償法來(lái)消振一般采用相位補(bǔ)償法來(lái)消振, ,即外即外加一些電容加一些電容, ,電阻元件來(lái)校正放大器的開(kāi)環(huán)頻率特性電阻元件來(lái)校正放大器的開(kāi)環(huán)頻率特性, ,增大相位裕度增大相位裕度, ,破壞自激振蕩的條件破壞自激振蕩的條件, ,以保證閉環(huán)穩(wěn)定以保證閉環(huán)穩(wěn)定工作工作. .1.主極點(diǎn)補(bǔ)償主極點(diǎn)補(bǔ)償(電容滯后補(bǔ)償電容滯后補(bǔ)償) ) 方法方法: :在放大器中時(shí)間常在放大器中時(shí)間常數(shù)最大的那一級(jí)里

11、并接數(shù)最大的那一級(jí)里并接補(bǔ)償電容補(bǔ)償電容C,以使高頻增以使高頻增益下降更多來(lái)達(dá)到穩(wěn)定益下降更多來(lái)達(dá)到穩(wěn)定工作的工作的目的目的. . )1001)(101)(11 (10000)1)(1)(1 ()(321KHzfjKHzfjKHzfjffjffjffjAjA Af=1/B-45O-180O-90O-135O-225O-270Of(KHz)01 110 100 100020806040f(KHz)dBjA)( 101B a(-225o)000m45225180 )( 閉環(huán)后必自激閉環(huán)后必自激. . a(-135o)01 110 100 100020806040f(KHz)dBjA)( a3(-2

12、25o)a2(-135o)a1(-45o)Af=1/Ba2(-135o)a1(-45o)a3(-225o)補(bǔ)償后的開(kāi)環(huán)增補(bǔ)償后的開(kāi)環(huán)增益函數(shù)為益函數(shù)為 )()(.()()()(KHZ100fj1KHZ10fj1KHZ010fj110000ffj1ffj1ffj110000jA321 0.01 補(bǔ)償電容來(lái)補(bǔ)償電容來(lái)改變第一極改變第一極點(diǎn)的值點(diǎn)的值 可 見(jiàn) 單 純 電可 見(jiàn) 單 純 電容補(bǔ)償是以犧容補(bǔ)償是以犧牲帶寬來(lái)?yè)Q取牲帶寬來(lái)?yè)Q取穩(wěn)定的。穩(wěn)定的。 2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)相位補(bǔ)償原理與技術(shù)相位補(bǔ)償原理與技術(shù)補(bǔ)償電容補(bǔ)償電容C值的計(jì)算：值的計(jì)算： C A2A1RO1Ri 2CO1O1Ci2

13、i2)(212012011iiCCCRRf )( 212011iRRfC )1)(1)(1(10000)(321ffjffjffjjA kk2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)-40dB/十倍十倍頻頻-20dB/十倍頻十倍頻A1A2二零極點(diǎn)對(duì)消二零極點(diǎn)對(duì)消RC滯后補(bǔ)償滯后補(bǔ)償方法：在開(kāi)環(huán)增益方法：在開(kāi)環(huán)增益A(j)中引入一個(gè)零點(diǎn)，該零點(diǎn)與中引入一個(gè)零點(diǎn)，該零點(diǎn)與A(j)的一的一個(gè)極點(diǎn)相抵消，從而可使放大器在補(bǔ)償后個(gè)極點(diǎn)相抵消，從而可使放大器在補(bǔ)償后的頻帶損失較小的頻帶損失較小 ： a（-225o）20806040 0.1f11f110f2100f31000f(KHz)(-135o)f（-180-1

14、80o o）Af=1/B-45o001ba2(-135o)在放大器時(shí)間常數(shù)最大的一級(jí)輸出端并接在放大器時(shí)間常數(shù)最大的一級(jí)輸出端并接RCRC串聯(lián)補(bǔ)串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)償網(wǎng)絡(luò) CR CRRjCRjCjRRCjRuuARC)(111112 u2 CRu1 u1 R CR21fCRR21f21 )(12RCffj1ffj1A 可見(jiàn)，原來(lái)的極點(diǎn)可見(jiàn)，原來(lái)的極點(diǎn)f1變成變成f1 ，并引進(jìn)了一個(gè)零點(diǎn)，并引進(jìn)了一個(gè)零點(diǎn)f2頻率頻率 2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)A1A2CR)()()(321ffj1ffj1ffj1AjfA a（-225o）20806040 0.1f11f110f2100f31000f(KHz)(-

15、135o)f（-180-180o o）Af=1/B-45o001b22ff 例：若設(shè)原來(lái)的開(kāi)環(huán)增益表達(dá)式為：例：若設(shè)原來(lái)的開(kāi)環(huán)增益表達(dá)式為： 如果選擇如果選擇R R、C C的值，的值，使使 )()(31ffj1ffj1AjfA 零極點(diǎn)相抵消，則開(kāi)環(huán)增零極點(diǎn)相抵消，則開(kāi)環(huán)增益的表達(dá)式為：益的表達(dá)式為： )()()()(3212ffj1ffj1ffj1ffj1AjfA 那么加那么加RC補(bǔ)償后的開(kāi)環(huán)增補(bǔ)償后的開(kāi)環(huán)增益表達(dá)式為：益表達(dá)式為： 2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)uoRc1isRsT1RLRc2RfT2Re2oR iR 反饋環(huán)內(nèi)負(fù)反饋的輸入輸出電阻反饋環(huán)內(nèi)負(fù)反饋的輸入輸出電阻ABRRiif

16、1并聯(lián)負(fù)反饋并聯(lián)負(fù)反饋串聯(lián)負(fù)反饋串聯(lián)負(fù)反饋 iifRABR 1電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋電壓負(fù)反饋電壓負(fù)反饋ABRRoof 1 oofRABR 12022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)R1RC1uO- -uiRe2+- -RFRe1RC2C2C1+ +EC【例【例2 2】電路的級(jí)間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估】電路的級(jí)間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估算電路的閉環(huán)電壓增益。算電路的閉環(huán)電壓增益。反饋組態(tài)：電流并聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)：電流并聯(lián)負(fù)反饋e2eF2efiRRRi 2122)(eeFCufRRRRRA ie2ofXXB 2efii 22eFeRRR ioufuuA ssLoRiRi 12RRAcf is=u

17、i/R1R11RiRisco 121RRBc 令輸入端口短路令輸入端口短路2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)R1RC1uO- -uiRe2+- -RFRe1RC2C2C1+ +EC反饋組態(tài)：電流并聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)：電流并聯(lián)負(fù)反饋ioufuuA ssLoRiRi 122RiRifcc ic2is=ui/R1R11222RRRRRCeeF 2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)R1RC1uO- -uiRe2+- -RFRe1RC2C2C1+ +EC01 ABRRiif并聯(lián)負(fù)反饋并聯(lián)負(fù)反饋電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋 oofRABR 111RRRRifif 23/cofcofRRRR iRoR2022-1-12模電

18、負(fù)反饋技術(shù)【例【例3 3】電路的級(jí)間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估】電路的級(jí)間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估算電路的閉環(huán)電壓增益。算電路的閉環(huán)電壓增益。反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidifRC3+ +- -+ +- -uOis=ui/R1R1FOfRui ofXXB ofui FR1 iOufuuA 1RiusO 11RAf 111RB 1FRR 令輸入端口短路令輸入端口短路2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidifRC3+ +- -+ +- -uO反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)

19、反饋反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋iOufuuA 1RiusO is=ui/R1R11RiufO 1RRF 2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidifRC3+ +- -+ +- -uOififRRR 11R 反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋iRoR0/3 ofcofRRR2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)【例【例3 3】電路的級(jí)間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，】電路的級(jí)間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估算電路的閉環(huán)電壓增益。試估算電路的閉環(huán)電壓增益。反饋組態(tài)：反饋組態(tài)：RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidifRC3+

20、+- -+ +- -uO;iifi ;0id FOfRui i1iiRu 1FORRu iOufuuA 1FOORRuu 1FRR 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)【例【例4 4】電路的級(jí)間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試】電路的級(jí)間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估算電路的閉環(huán)電壓增益。估算電路的閉環(huán)電壓增益。反饋組態(tài)反饋組態(tài)ufuB1A OF1e1efuRRRu OFuuuB Rb1RC1- -uiuO+VCC+- -Re2RC2Re1RFCF+ +- -uf+ + +- -udF1e1eRRR ufuB1A 1eF1eRRR 1eFRR1 解法解法1 1：利用關(guān)系式：利用

21、關(guān)系式令輸入端口斷路令輸入端口斷路電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)【例【例4 4】電路的級(jí)間反饋滿足深度負(fù)反饋條】電路的級(jí)間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估算電路的閉環(huán)電壓增益。件，試估算電路的閉環(huán)電壓增益。反饋組態(tài)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋;uufi ;0ud Rb1RC1- -uiuO+VCC+- -Re2RC2Re1RFCF+ +- -uf+ + +- -udOF1e1efuRRRu iOufuuA OF1e1eOuRRRu 1eFRR1 解法解法2：利用關(guān)系式：利用關(guān)系式2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)Rb1RC1- -uiuO+VCC+- -Re

22、2RC2Re1RFCF+ +- -uf+ + +- -ud【例【例5 5】試估算電路的試估算電路的Rif 、ROf 。OfifR;R 假設(shè)反饋環(huán)路內(nèi)的輸入、輸出電阻分別為：假設(shè)反饋環(huán)路內(nèi)的輸入、輸出電阻分別為：由圖可知，反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，所以由圖可知，反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，所以有：有：;0R;ROfif if1bifR/RR 1bR 0R/RROfCOf 2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)【例【例6 6】試估算電路的試估算電路的Rif 、ROf 。OfifR;R 假設(shè)反饋環(huán)路內(nèi)的輸入、輸假設(shè)反饋環(huán)路內(nèi)的輸入、輸出電阻分別為：出電阻分別為：由圖可知，反饋組態(tài)為電由圖可知，反饋組態(tài)為電流并聯(lián)負(fù)反饋，所以有：流并聯(lián)負(fù)反饋，所以有：;R;0ROfif 1if1ifRRRR 2COf2COfRR/RR R1RC1uO- -uiRe2+- -RFRe1RC2C2C1+ +EC2022-1-12模電負(fù)反饋技術(shù)Rc1uO- -uiRe2+- -RFRe1RC2C2C1+ +ECRb1Re3Rc3反饋組態(tài)反饋組態(tài) 電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋令輸入端口（反饋端）斷開(kāi)令輸入端口（反饋端）斷開(kāi)解法解法1 1：求反饋系數(shù)：求反饋系數(shù)ofXXB ofiu - -uf+ +ie3ie1311eeeiRi 123331eceeeeRRRRii B12313eceeeRRRRR iLouR