第6章 負(fù)反饋放大電路3(頻率響應(yīng))

1、6-46-4 負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性交流負(fù)反饋可以改善放大電路多方面的性能，而且反饋交流負(fù)反饋可以改善放大電路多方面的性能，而且反饋越深性能改善得越好。但是，如果電路的組成不合理，越深性能改善得越好。但是，如果電路的組成不合理，會(huì)使電路產(chǎn)生自激振蕩，電路不能穩(wěn)定工作。會(huì)使電路產(chǎn)生自激振蕩，電路不能穩(wěn)定工作。一、自激振蕩產(chǎn)生的原因和條件一、自激振蕩產(chǎn)生的原因和條件 放大器不加任何輸入信號(hào)，輸出也會(huì)產(chǎn)生一定幅值、一放大器不加任何輸入信號(hào)，輸出也會(huì)產(chǎn)生一定幅值、一定頻率的信號(hào)（一般為正弦信號(hào)），稱電路產(chǎn)生了自激振蕩。定頻率的信號(hào)（一般為正弦信號(hào)），稱電路產(chǎn)生了自激振蕩。此時(shí)，放大電

2、路失去放大作用，不能正常工作。此時(shí)，放大電路失去放大作用，不能正常工作。1 1、自激振蕩現(xiàn)象、自激振蕩現(xiàn)象 檢查放大器是否出現(xiàn)自激振蕩，可以把放大器輸入端檢查放大器是否出現(xiàn)自激振蕩，可以把放大器輸入端對(duì)地短路，用示波器（或交流毫伏表）接在放大器輸出端對(duì)地短路，用示波器（或交流毫伏表）接在放大器輸出端進(jìn)行觀察，自激振蕩的頻率一般比較高或極低，而且頻率進(jìn)行觀察，自激振蕩的頻率一般比較高或極低，而且頻率隨著放大器電路參數(shù)的不同而變化（甚至撥動(dòng)一下放大器隨著放大器電路參數(shù)的不同而變化（甚至撥動(dòng)一下放大器內(nèi)部導(dǎo)線的位置，頻率也會(huì)改變）。振蕩波形一般是比較內(nèi)部導(dǎo)線的位置，頻率也會(huì)改變）。振蕩波形一般是比較

3、規(guī)則的，而且幅度也較大，往往會(huì)使三極管處于飽和或截規(guī)則的，而且幅度也較大，往往會(huì)使三極管處于飽和或截止?fàn)顟B(tài)。止?fàn)顟B(tài)。 2 2、負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的原因、負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的原因 - -F(s)A(s)xixdxfxO A+ F = (2n+1)180,A(s)、B(s)為頻率的函數(shù)，在低為頻率的函數(shù)，在低頻段和高頻段會(huì)產(chǎn)生頻段和高頻段會(huì)產(chǎn)生附加相移附加相移。附加相移滿足：附加相移滿足：負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答仭Ｘ?fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答仭Ｔ诘皖l段或高頻段，如果在低頻段或高頻段，如果存在一個(gè)頻率存在一個(gè)頻率f0，當(dāng)，當(dāng)f f0時(shí)，時(shí)，在輸入信號(hào)為零時(shí)，在輸入信號(hào)為零時(shí)，因?yàn)槟撤N電擾動(dòng)因?yàn)槟撤N電擾動(dòng)

4、，其中必包含有頻率，其中必包含有頻率為為f0的信號(hào)，使的信號(hào)，使 A+ F = (2n+1)180, 產(chǎn)生正反饋產(chǎn)生正反饋過程，過程，輸出量逐漸增大，直至輸出量逐漸增大，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡（ xO 幅值不變幅值不變 ），），電電路產(chǎn)生自激振蕩。路產(chǎn)生自激振蕩?？梢婋娐樊a(chǎn)生自激振蕩時(shí)，輸出信號(hào)有特定頻率可見電路產(chǎn)生自激振蕩時(shí)，輸出信號(hào)有特定頻率f0和一定幅和一定幅值，而且值，而且f0必定在電路的低頻段或高頻段。必定在電路的低頻段或高頻段。通常所說的負(fù)反饋放大電路是指中頻段的反饋極性，通常所說的負(fù)反饋放大電路是指中頻段的反饋極性，3 3、負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件、負(fù)反饋放大電路產(chǎn)

5、生自激振蕩的條件);()()(sxsFsxof);()()()(sxsFsxsxOfd)()()()(sxsFsAsxOO1)()(sFsA1)()(jFjA即：產(chǎn)生自激振蕩的平衡條件產(chǎn)生自激振蕩的平衡條件可以用幅度平衡條件和相位平衡條件表示：可以用幅度平衡條件和相位平衡條件表示：幅度平衡條件：幅度平衡條件：1| )()(| )(|jFjAjT相位平衡條件：相位平衡條件： )12()( nBAT - -F(s)A(s)xixdxfxO0自激振蕩達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)自激振蕩達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí) xO 幅值不變，幅值不變，4 4、什么樣的負(fù)反饋放大電路容易產(chǎn)生自激振蕩、什么樣的負(fù)反饋放大電路容易產(chǎn)生自激振蕩-

6、20-90-180 20lg|Au|fLfH20dB/十倍頻十倍頻f0.1fL10fLf-20dB/十倍十倍頻頻0.1fH10fH20lg|Aum|-2700圖示為單級(jí)阻容耦合共圖示為單級(jí)阻容耦合共射放大電路的波特圖：射放大電路的波特圖：中頻區(qū)：中頻區(qū)：輸出與輸入的輸出與輸入的相差為相差為180；低頻區(qū)：低頻區(qū)：附加相移附加相移090高頻區(qū)：高頻區(qū)：附加相移附加相移- -900單級(jí)：?jiǎn)渭?jí)：不不滿滿足足相相位位條條件件 90 兩級(jí)：兩級(jí)：不不滿滿足足幅幅度度條條件件,180 三級(jí)：三級(jí)： 270 可見單級(jí)和兩級(jí)負(fù)反饋放大電路是穩(wěn)定的，不會(huì)產(chǎn)生可見單級(jí)和兩級(jí)負(fù)反饋放大電路是穩(wěn)定的，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩

7、，三級(jí)或三級(jí)以上的負(fù)反饋放大電路有可能產(chǎn)生自激振蕩，三級(jí)或三級(jí)以上的負(fù)反饋放大電路有可能產(chǎn)生自激振蕩，而且級(jí)數(shù)越多，越容易產(chǎn)生自激振蕩，因此實(shí)自激振蕩，而且級(jí)數(shù)越多，越容易產(chǎn)生自激振蕩，因此實(shí)用電路中以三級(jí)放大器最常見。用電路中以三級(jí)放大器最常見。自激振蕩的條件中相位條件是首要的。自激振蕩的條件中相位條件是首要的。方法方法1：在電路圖中用瞬時(shí)極性法判斷：若電路引入正反饋，則：在電路圖中用瞬時(shí)極性法判斷：若電路引入正反饋，則 滿足相位條件；若同時(shí)滿足幅度條件則自激振蕩產(chǎn)生。滿足相位條件；若同時(shí)滿足幅度條件則自激振蕩產(chǎn)生。二、自激振蕩的判斷方法二、自激振蕩的判斷方法; 1| )()(| )(|1j

8、FjAjT）（電路不能起振，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。電路不能起振，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。電路出現(xiàn)增幅振蕩，能起振，會(huì)產(chǎn)生自激振蕩電路出現(xiàn)增幅振蕩，能起振，會(huì)產(chǎn)生自激振蕩; 1| )()(| )(|2jFjAjT）（可見反饋越深，可見反饋越深，|A(s) B(s)|越大，滿足幅度條件的可越大，滿足幅度條件的可能性越大，電路越容易產(chǎn)生自激振蕩。能性越大，電路越容易產(chǎn)生自激振蕩。放大電路產(chǎn)生自激振蕩要同時(shí)滿足相位條件和幅度條件。放大電路產(chǎn)生自激振蕩要同時(shí)滿足相位條件和幅度條件。0| )(|lg20 jT或或0| )(|lg20 jT或或時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) )12()( nBAT方法方法2 2、利用環(huán)路增益的波特圖判斷

9、電路會(huì)否產(chǎn)生自激振蕩。、利用環(huán)路增益的波特圖判斷電路會(huì)否產(chǎn)生自激振蕩。會(huì)產(chǎn)生自激振蕩會(huì)產(chǎn)生自激振蕩6040200-90-180-2700ff T( )20lg|T(j )|/dB6040200-90-180-2700 f f20lg|T(j )|/dB T( )當(dāng)當(dāng) T( ) = -180 時(shí)，時(shí)，1| )j (T| 不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩當(dāng)當(dāng) T( ) = -180 時(shí)，時(shí)，1| )j (T| 相位交相位交界頻率界頻率增益交增益交界頻率界頻率說明：說明： ff0反饋電路是不穩(wěn)定的，會(huì)自激。反饋電路是不穩(wěn)定的，會(huì)自激。 ff0反饋電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。反饋電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。20l

10、gT(j)0dB0o-90o T T()()-180o20lgT(j)0o-90o T T()()-180o20lgT(j)0o-90o T T()()-180o【例】三個(gè)負(fù)反饋放大電路的環(huán)路增益的波特圖如圖所示，試判【例】三個(gè)負(fù)反饋放大電路的環(huán)路增益的波特圖如圖所示，試判斷它們的穩(wěn)定性。斷它們的穩(wěn)定性。會(huì)自激會(huì)自激會(huì)自激會(huì)自激不會(huì)自激不會(huì)自激說明：說明： ff0反饋電路是不穩(wěn)定的，會(huì)自激。反饋電路是不穩(wěn)定的，會(huì)自激。 ff0反饋電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。反饋電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。方法方法3 3、利用開環(huán)增益的波特圖判斷電路會(huì)否產(chǎn)生自激振蕩。、利用開環(huán)增益的波特圖判斷電路會(huì)否產(chǎn)生自激振蕩。假設(shè)反饋

11、網(wǎng)絡(luò)是純阻性的，則有：假設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)是純阻性的，則有：ABAT )()/1lg(20| )(|lg20| )()(|lg20BjAjFjA時(shí)，當(dāng))/1lg(20| )(|lg20FjAdBFjA0|)(|lg20如果在開環(huán)增益波特圖的幅頻波特圖中作直線如果在開環(huán)增益波特圖的幅頻波特圖中作直線)/1lg(20B則該直線與開環(huán)增益的幅頻特則該直線與開環(huán)增益的幅頻特性曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的環(huán)路增性曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的環(huán)路增益為益為0dB，對(duì)應(yīng)的頻率為增益，對(duì)應(yīng)的頻率為增益交界頻率交界頻率f0。20lgA(j)0dB0o-90o A A()()-180oB1lg20可根據(jù)的可根據(jù)的的的關(guān)系判斷電關(guān)系判斷電路會(huì)

12、否產(chǎn)生自激振蕩。路會(huì)否產(chǎn)生自激振蕩。不會(huì)自激不會(huì)自激解：先繪出其波特圖；解：先繪出其波特圖；6040200-90-180-2700f A( )20lg|A(j )|/dB80105106107104108f-20-40-60-45-135-225例題：某負(fù)反饋放大電路的開環(huán)增益為：例題：某負(fù)反饋放大電路的開環(huán)增益為：)10fj1)(10fj1)(10fj1(10)j (A7654 問當(dāng)反饋系數(shù)問當(dāng)反饋系數(shù)B=0.1和和0.001時(shí)會(huì)時(shí)會(huì)否產(chǎn)生自激振蕩。否產(chǎn)生自激振蕩。F=0.1dBF20)/1lg(20,0 ff 會(huì)自激。會(huì)自激。1 . 0FF=0.001dBF60)/1lg(20,0 ff

13、不會(huì)自激。不會(huì)自激。001. 0F0f 說明：反饋系數(shù)越大，反饋程度越深，電路越容易產(chǎn)生自激振蕩。說明：反饋系數(shù)越大，反饋程度越深，電路越容易產(chǎn)生自激振蕩。當(dāng)負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩時(shí)可以通過減小反饋系數(shù)當(dāng)負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩時(shí)可以通過減小反饋系數(shù)來消除自激振蕩。來消除自激振蕩。6040200-90-180-2700ff20lg|T(j )|/dB T( ) mGm幅度裕度幅度裕度Gm ：相位裕度相位裕度 m ：對(duì)于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路，對(duì)于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路，Gm 應(yīng)為負(fù)值，應(yīng)為負(fù)值， m 應(yīng)為正值，應(yīng)為正值，一般要求一般要求Gm - -10dB， m 45。三、負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)

14、定裕度三、負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定裕度)( | )(|lg20dBjfTGm T( )=- -180時(shí)對(duì)應(yīng)的分貝數(shù)。時(shí)對(duì)應(yīng)的分貝數(shù)。20lgT(j )=0時(shí)對(duì)應(yīng)的相時(shí)對(duì)應(yīng)的相位與位與- -180的差值。的差值。)180()(0 fTm )(1800fTm ff0反饋電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。反饋電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。四、消除自激振蕩的方法四、消除自激振蕩的方法 發(fā)生在放大電路中的自激振蕩是有害的，必須設(shè)法消除，方發(fā)生在放大電路中的自激振蕩是有害的，必須設(shè)法消除，方法是破壞自激振蕩的條件。法是破壞自激振蕩的條件。 指導(dǎo)思想是：在反饋環(huán)路內(nèi)增加一些含電抗元件的電路，指導(dǎo)思想是：在反饋環(huán)路內(nèi)增加一些含電抗元

15、件的電路，從而改變環(huán)路增益的頻率特性，使相位交界頻率從而改變環(huán)路增益的頻率特性，使相位交界頻率f根本存在，根本存在，或者即使存在或者即使存在f，但，但f0f，破壞自激振蕩的條件。，破壞自激振蕩的條件。幅度條件：幅度條件：1| )()(| )(|jFjAjT相位條件：相位條件： )12()( nBAT（1）減小反饋系數(shù)，破壞幅度條件；）減小反饋系數(shù)，破壞幅度條件；（2）采用相位補(bǔ)償?shù)姆椒?，破壞相位條件：）采用相位補(bǔ)償?shù)姆椒?，破壞相位條件：（方法簡(jiǎn)單易行，但不利于改善放大電路的其他性能）（方法簡(jiǎn)單易行，但不利于改善放大電路的其他性能）相位補(bǔ)償有滯后相位補(bǔ)償和超前相位補(bǔ)償兩種。相位補(bǔ)償有滯后相位補(bǔ)償

16、和超前相位補(bǔ)償兩種。1、電容滯后補(bǔ)償（主極點(diǎn)校正）、電容滯后補(bǔ)償（主極點(diǎn)校正）方法：方法：在電路中找出產(chǎn)生主極點(diǎn)的那級(jí)電在電路中找出產(chǎn)生主極點(diǎn)的那級(jí)電路，在其輸出端并接一個(gè)補(bǔ)償電容路，在其輸出端并接一個(gè)補(bǔ)償電容C 。C A1A2A1Co1C Ci2Ri2Ro1A2(a) 校正電路校正電路(b)等效電路等效電路定性分析：定性分析：如等效電路所示，在中、低頻時(shí)，由于容抗較大，如等效電路所示，在中、低頻時(shí)，由于容抗較大，補(bǔ)償電容補(bǔ)償電容C 不起作用，在高頻時(shí)，不起作用，在高頻時(shí)， C 容抗降低，使容抗降低，使A1的頻率的頻率特性改變，特性改變，并使并使f0f，破壞自激振蕩條件，使電路穩(wěn)定工作。，破壞

17、自激振蕩條件，使電路穩(wěn)定工作。)(/(2121211ioioCCCRRf 主極點(diǎn)對(duì)應(yīng)頻率：主極點(diǎn)對(duì)應(yīng)頻率：1f 通頻帶變窄，所需電容較大。通頻帶變窄，所需電容較大。方法：方法：將前面的補(bǔ)償電容用將前面的補(bǔ)償電容用RC網(wǎng)絡(luò)代替網(wǎng)絡(luò)代替。2、RC滯后補(bǔ)償（零極點(diǎn)對(duì)消）滯后補(bǔ)償（零極點(diǎn)對(duì)消）)/(;2121ioioRRRRCCC ）（校正網(wǎng)絡(luò)的取值滿足：校正網(wǎng)絡(luò)的取值滿足：(a) 校正電路校正電路C A1A2R (b)等效電路等效電路C R R U1 U2 + +- -+ +- - CjRRCjRUU/1/112 CRRjCRj)(11 12/1/1 jj主極點(diǎn)對(duì)應(yīng)主極點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角頻率的角頻率引入一個(gè)

18、引入一個(gè)零點(diǎn)零點(diǎn)當(dāng)參數(shù)選擇合適時(shí)，引入的零點(diǎn)可以與原頻率當(dāng)參數(shù)選擇合適時(shí)，引入的零點(diǎn)可以與原頻率特性中的一個(gè)極點(diǎn)相消，該極點(diǎn)產(chǎn)生的相位也消特性中的一個(gè)極點(diǎn)相消，該極點(diǎn)產(chǎn)生的相位也消去，使電路不再滿足相位條件，因而消除了自激振蕩。去，使電路不再滿足相位條件，因而消除了自激振蕩。通頻帶比通頻帶比“電容校正電容校正”寬，所需電容較大。寬，所需電容較大。為減小補(bǔ)償電容的容量，常將校正網(wǎng)絡(luò)為減小補(bǔ)償電容的容量，常將校正網(wǎng)絡(luò)跨接在放大電路的輸入端和輸出端。跨接在放大電路的輸入端和輸出端。3、密勒效應(yīng)補(bǔ)償、密勒效應(yīng)補(bǔ)償C A1A2C A1A2R C A1A2C A1A2R 根據(jù)密勒定理，電容的作用將增大根據(jù)

19、密勒定理，電容的作用將增大|1+A2|倍，電阻的作倍，電阻的作用將減小為（用將減小為（1/|1+A2|）倍，因此，可以用較小的電容和較）倍，因此，可以用較小的電容和較大的電阻達(dá)到同樣的消振效果。大的電阻達(dá)到同樣的消振效果。10020pF2000pF10k 100 改變反饋系數(shù)的頻率特性，使之具有超前相位，與原頻率改變反饋系數(shù)的頻率特性，使之具有超前相位，與原頻率特性中極點(diǎn)產(chǎn)生的滯后相位相抵消，破壞相位條件，從而特性中極點(diǎn)產(chǎn)生的滯后相位相抵消，破壞相位條件，從而達(dá)到消振效果。達(dá)到消振效果。4、超前補(bǔ)償、超前補(bǔ)償在反饋回路中加超前補(bǔ)償電容，在反饋回路中加超前補(bǔ)償電容，F(xiàn)RRRB 校正前：校正前：C

20、jRRRBF 1/ 校正后：校正后：一定條件下，一定條件下，可以產(chǎn)生超可以產(chǎn)生超前相移前相移超前補(bǔ)償對(duì)帶寬的影響較小。超前補(bǔ)償對(duì)帶寬的影響較小。第六章小結(jié)第六章小結(jié)1 1、掌握反饋的基本概念和類型，會(huì)判斷放大電路中是、掌握反饋的基本概念和類型，會(huì)判斷放大電路中是否存在反饋以及反饋的類型否存在反饋以及反饋的類型會(huì)判會(huì)判 。（穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)）（穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)）反饋反饋類型類型正反饋正反饋負(fù)反饋負(fù)反饋直流負(fù)反饋直流負(fù)反饋交流負(fù)反饋交流負(fù)反饋電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)電流串聯(lián)、電流并聯(lián)電流串聯(lián)、電流并聯(lián)（改善動(dòng)態(tài)性能）（改善動(dòng)態(tài)性能）2 2、交流負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響、交流負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響. .（1）提高增益的穩(wěn)定性；）提高增益的穩(wěn)定性；（2）展寬頻帶，減小失真；）展寬頻帶，減小失真；（3）改變輸入、輸出電阻。）改變輸入、輸出電阻。要么增大為開環(huán)時(shí)的要么增大為開環(huán)時(shí)的要么減小為開環(huán)時(shí)的要么減小為開環(huán)時(shí)的倍倍|1 |AB |1 | / 1AB 同點(diǎn)連接判別法同點(diǎn)連接判別法瞬時(shí)極性法瞬時(shí)極性法第六章小結(jié)第六章小結(jié)3 3、根據(jù)需求在放大電路中引入適當(dāng)?shù)姆答?、根?jù)需求在放大電路中引入適當(dāng)?shù)姆答仌?huì)引會(huì)引 。（2）根據(jù)取樣方式確定從哪引出；）根據(jù)取樣方式確定從