《模擬電子線路》第8章-楊凌

楊凌《模擬電子線路》

第8章第8章負(fù)反響及其穩(wěn)定性§8.0引言反響理論首先誕生于電子技術(shù)領(lǐng)域.1928年,西部電子公司的一個(gè)名叫HaroldBlack的電子工程師創(chuàng)造了反響放大器,當(dāng)時(shí)他正在研究長途中繼放大器的增益穩(wěn)定方法.反響理論和反響技術(shù)不僅在眾多工程領(lǐng)域(如自動(dòng)控制、信號(hào)處理等)獲得了廣泛應(yīng)用.而且還延伸到其他科學(xué)領(lǐng)域(如生物反響).反響可用于所有的放大器系統(tǒng).或以正反響的形式,或以負(fù)反饋的形式,正反響常用來構(gòu)成振蕩器,負(fù)反響主要用來改善放大器的性能.§8.0引言前幾章雖然沒有使用反響的概念,但我們已經(jīng)看到了反響的例子.例如,在第3章和第4章介紹了位于BJT共射極電路的射極電阻和位于MOSFET共源極電路的源極電阻,當(dāng)晶體管參數(shù)變化時(shí),它們可用來穩(wěn)定Q點(diǎn).這些方法就采用了負(fù)反響.本章從反響的概念入手,給出反響放大器的方框圖,推導(dǎo)反響放大器的閉環(huán)增益方程.研究四種根本理想負(fù)反響的結(jié)構(gòu),討論負(fù)反響對(duì)放大器性能的影響.分析負(fù)反響放大器的穩(wěn)定性問題,并給出相應(yīng)的穩(wěn)定手段.學(xué)習(xí)本章的主要目的是理解各種類型反響的結(jié)構(gòu)和特性,以便能夠根據(jù)需求確定反響類型,并設(shè)計(jì)穩(wěn)定的反響放大器.§8.1反響的根本概念一、反響放大器的根本框圖圖

8.1

基本放大器

·

A×·Xf·Xi′·Xi·Xo－+

反饋網(wǎng)絡(luò)

·

F+開環(huán)閉環(huán)§8.1反響的根本概念二、理想負(fù)反響放大電路的閉環(huán)增益方程···Xo=AXi′

(8-1)···Xf=FXo

(8-2)···Xi′=Xi－Xf(8-3)·····Xo=A(Xi－FXo

)·····=AXi－AFXo(8-4)··

·Xo

AAf

=——=———

(8-5)···

Xi1+AF

·

·Xo

Afs

=——

(8-6)·

Xs

§8.1反響的根本概念·A——開環(huán)增益;·F——反響系數(shù);···AF——環(huán)路增益,常用T表示;··1+AF——反響深度.

·1

Af

≈—

(8-7)·F

·Af

——閉環(huán)增益;··1+AF>>1——深度負(fù)反響.+

vs

－RLRE2+vo－RCRB1+VCC+vi－C1C2TRB2CERsRE1圖8.2§8.2反響的分類與反響類型的判斷一、反響的分類1、直流反響和交流反響(1)定義(2)特點(diǎn):直流負(fù)反響主要用來穩(wěn)定Q點(diǎn);交流負(fù)反響用來改善放大器的性能指標(biāo).(3)判別方法:畫交、直流通路判斷.RL

(b)RERB2+VCC+vo－+

vs

－RB1+vi－C1C2TRs+

vs

－RLRE+vi－RB2+vo－RCRB1+VCC

(a)C1C2TRs§8.2反響的分類與反響類型的判斷2、電壓反響和電流反響定義(2)特點(diǎn):電壓負(fù)反響用來穩(wěn)定輸出電壓;電流負(fù)反響用來穩(wěn)定輸出電流.圖

8.3§8.2反響的分類與反響類型的判斷(3)判別方法:由結(jié)構(gòu)判斷:除公共地線外,假設(shè)輸出線與反響線接在同一點(diǎn)上,為電壓反響;假設(shè)接在不同點(diǎn)上,為電流反響.(b)負(fù)載短路法:將負(fù)載短路,假設(shè)反響信號(hào)消失,為電壓反響;假設(shè)反響依然存在,為電流反響.3、串聯(lián)反響和并聯(lián)反響定義(2)特點(diǎn):串聯(lián)負(fù)反響可以增大輸入阻抗;并聯(lián)負(fù)反響可以減小輸入阻抗.(3)判別方法:RLRE1RE2RBRC1T1RC2T2+VCCT3RC3RE3+

vs

－RsRf(b)§8.2反響的分類與反響類型的判斷(a)由結(jié)構(gòu)判斷:除公共地線外,假設(shè)反響線與輸入信號(hào)線接在同一點(diǎn)上,為并聯(lián)反響;假設(shè)接在不同點(diǎn)上,為串聯(lián)反響.RB12RsC3RLRE2RC2RB21RB22RE1RC1+

vs

－RB11C1C2T1CE1+

vo－+VCCT2Rf(a)圖

8.4+

vo－§8.2反響的分類與反響類型的判斷(b)反響接點(diǎn)對(duì)地短路法:反響接點(diǎn)對(duì)地短路,假設(shè)輸入信號(hào)仍能送入,為串聯(lián)反響;否那么,為并聯(lián)反響.4、正反響和負(fù)反響定義(2)特點(diǎn)(3)判別方法:瞬時(shí)極性法對(duì)串聯(lián)反響:vi′=vi－vf負(fù)反響正反響對(duì)并聯(lián)反響:ii′=ii－if負(fù)反響ii′=ii+if正反響§8.2反響的分類與反響類型的判斷R1+vf－+vi－RC1RC2+VCCT1－VEET2+vs

－RC3T3RfRsRE3+vo－圖

8.5

(a)串聯(lián)反響::vi′=vi－vf負(fù)反響ifRE3T3T2圖

8.5

(b)+VCCRC1RC2T1－VEERC3R1RfRs+vo－iiii′§8.2反響的分類與反響類型的判斷

并聯(lián)反饋:ii′=ii

－

if負(fù)反饋§8.2反響的分類與反響類型的判斷【例8-1】判斷以下圖所示電路中反響的類型和極性.圖

8.6

(a)R1+vf－+vi－RC1RC2+VCCT1－VEET2RC3T3RfRsRE3+vo－+vs

－電流串聯(lián)正反饋Rs圖

8.6

(b)RC1RC2+VCCT1－VEET2+

vs

－RE3T3R1RfRC3+vo－ifiiii′§8.2反響的分類與反響類型的判斷電流并聯(lián)負(fù)反響§8.2反響的分類與反響類型的判斷電流串聯(lián)正反響【例8-2】判斷以下圖所示電路中反響的類型和極性.+vs

－Rs+

vf

－+

vi

－vi′

－R1T1Ro1R2T2RLRf圖

8.7二、四種根本的反響組態(tài)根據(jù)輸出端的采樣不同以及與輸入端的連接方式的不同,可將反響分為四種根本類型,如圖8.8所示.§8.2反響的分類與反響類型的判斷圖

8.8+

vs

－+

vo

－RLAvFvRs+

vi

－+

vi′

－+

vf

－(a)電壓串聯(lián)··+

vo

－(b)電流串聯(lián)+

vs

－AgFrRLRs+

vi

－+

vi′

－+

vf

－io··Rs+

vo

－isArFgRLiiif(c)電壓并聯(lián)··ii′+

vo

－AiFiRLRsiiifis(d)電流并聯(lián)··ioii′§8.2反響的分類與反響類型的判斷四種類型負(fù)反響中的根本電量關(guān)系如表8.1所示.基本電量反饋類型電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)

電流并聯(lián)·Xo電壓電壓電流電流···XiXfXi′電壓電流

電壓電流···A=

Xo/Xi′···Av=Vo/Vi′···Ar=

Vo/Ii′···Ag=

Io/Vi′···Ai=

Io/Ii′···F=Xf/Xo···Fv=

Vf/Vo···Fg=

If/Vo···

Fr=

Vf/Io···Fi=

If/Io···Af=Xo/Xi·A=———··1+AF···Avf=Vo/Vi·Av=··1+AvFv···Arf=Vo/Ii·Ar=———··1+ArFg···Agf=Io/Vi·Ag=———··1+AgFr

···Aif=Io/Ii·Ai=———··1+AiFi

表8.1§8.3負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善負(fù)反響以犧牲增益為代價(jià),換取了放大器許多方面性能的改善.一、提高了增益的穩(wěn)定性由于增益的恒定性是用其絕對(duì)值的變化來表示的,所以,我們在此不考慮相位關(guān)系,用正實(shí)數(shù)A和F分別表示增益A和反響系數(shù)F的絕對(duì)值,即,將閉環(huán)增益方程寫成如下形式:··

Xo

AAf

=——=———

(8-8)

Xi1+AF

dAf1AF

1=－=

dA1+AF

(1+AF)2(1+AF

)2

dA

dAf=

(1+AF)2§7.3負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善dAfdA

1

dA==(8-9)

AfAf(1+AF

)21+AF

A【例8-3】考慮一個(gè)一般反響系統(tǒng),其參數(shù)為A=106,Af=100.如果A下降20%,相應(yīng)的Af下降多少?【解】

AAf=

1+AF

dAf

1

dA1==×20%=0.002%Af

1+AF

A104A1+AF

==104Af由這個(gè)例子可以看到,與開環(huán)增益相比,閉環(huán)增益變化的百分比要小.這是負(fù)反響的主要優(yōu)點(diǎn)之一.§8.3負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善二、減少非線性失真輸出信號(hào)的失真是由根本放大器增益的變化或者根本放大器傳遞函數(shù)斜率的變化引起的.增益的變化是根本放大器中BJT或FET的非線性特性的函數(shù).電壓放大器的一種典型的開環(huán)傳輸特性如圖8.9所示.12vOvIO圖

8.91─開環(huán)特性2─閉環(huán)特性注意:負(fù)反響減少非線性失真指的是反響環(huán)內(nèi)的失真.負(fù)反響對(duì)輸入信號(hào)本身的失真毫無改善作用.§8.3負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善三、擴(kuò)展通頻帶頻率響應(yīng)是放大電路的重要特性之一,而頻帶寬度是它的重要技術(shù)指標(biāo).引入負(fù)反響是展寬頻帶的有效措施之一.假設(shè)放大電路的高頻響應(yīng)用下面的單極點(diǎn)函數(shù)來表示:AmA(jω)=

1+jω/ωH當(dāng)引入負(fù)反響,并假設(shè)反響系數(shù)與頻率無關(guān)時(shí),有:A(jω)AmfAf(jω)==

1+F

A(jω)1+jω/ωHf其中:ωHf=ωH(1+AmF)(8-10)

AmAmf=

1+AmF§8.3負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善公式(8-10)說明:反響放大器的增益帶寬積是一個(gè)常量,可以以降低帶寬為代價(jià)來提高增益,也可以以降低增益為代價(jià)來增加帶寬,這一特性如圖8.10所示.同理,假設(shè)放大器的開環(huán)增益具有下限角頻率ωL,那么引入負(fù)反響后,其下限角頻率ωLf變?yōu)?A

(ω)/dBωAmAmfωHωHf圖

8.10ωLωLf=

1+AmF(8-11)§8.3負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善四、抑制反響環(huán)路內(nèi)的噪聲在任何一個(gè)電子系統(tǒng)中,多余的隨機(jī)信號(hào)以及額外的信號(hào)都有可能出現(xiàn)并疊加在有用的信號(hào)之上.這些隨機(jī)信號(hào)叫噪聲.電子噪聲可以在放大器內(nèi)產(chǎn)生,或者隨輸入信號(hào)進(jìn)入放大器.負(fù)反響能減少放大器中的噪聲,準(zhǔn)確地說,它可以增加信噪比.負(fù)反饋有助于降低放大器本身產(chǎn)生的噪聲,但是,如果噪聲是隨輸入信號(hào)一起混入放大器的,負(fù)反響將無能為力.·

Av1+·VO－+·Vs

－

·－

Vn+·

S

Vs

—=——

(8-12)·

N

Vn

圖8.11(a)·

Av2+·Vo－+·Vs

－

·－

Vn+·

Av1·

Fv

··－

FvVo+§8.3負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善圖8.11(b)·····Av1Av2

·

Av1

Vo

=Vs——————+Vn——————

······

1+Av1Av2Fv

1+Av1Av2Fv

·S

Vs·—=——

Av2(8-13)·N

Vn

§8.3負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善五、改變輸入和輸出電阻1、輸入電阻在反響電路中,輸入電阻的改變?nèi)Q于反響網(wǎng)絡(luò)與根本放大器輸入端的連接方式,而與輸出端的采樣方式無關(guān).

基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)Xo+Vs

－Rs·IiRi+·Vi

－+Vi′－+Vf

－(a)····

基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)XoRsRi(b)·Ii·Ii′·If+·Vi

－·Is·圖8.12§8.3負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善對(duì)圖7.12(a),·····ViVi′+VfVi′

Vf

Rif

=—=———

=—

(1+—)

=Ri(1+AF)

(8-14)····IiIi

IiVi′

··對(duì)圖7.12(b),···ViViVi

Ri

Rif

=—=——

=—————

=——

(8-15)···

·····IiIi′+If

Ii′

(1+If/Ii′)

1+AF2、輸出電阻在反響電路中,輸出電阻的改變?nèi)Q于反響網(wǎng)絡(luò)在輸出端的采樣方式,而與輸入端的連接方式無關(guān).§8.3負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善+VT

－Rof+

AvVi′

－Ro·IT·Rif·

Vf·

Vi′圖8.13·····VT－Av

Vi′

VT

IT

=—————+—

RoRif

······Vi′=－Vf=－Fv

Vo=－FvVT·VTRo

Rof

=—=———∥Rif

···IT1+AvFv

Ro

≈———(8-16)··

1+AvFv·§8.3負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善負(fù)反響對(duì)放大器性能的影響見表8.2.電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)

電流并聯(lián)

穩(wěn)定何種增益·Avf·Arf·Agf·Aif輸入電阻Rif增大減小

增大減小輸出電阻Rof

減小

減小增大增大通頻帶

增寬

增寬增寬增寬非線性失真與噪聲

減小

減小減小減小用途

電壓放大電路的輸入級(jí)或中間級(jí)

電流-電壓變換器及放大電路的中間級(jí)電壓-電流變換器及放大電路的輸入級(jí)

電流放大

表8.2§8.4深度負(fù)反響放大電路的近似估算一、理論根底條件:··│1+AF│＞＞1

特點(diǎn):·1

Af

≈—

·F

(8-17)··

AAf

=——

··

1+AF

··Xo

Af

=—,·Xi·

·Xo

A

=—

·Xi′

··

Xi

Xi′

=——

→0

··

1+AF

§8.4深度負(fù)反響放大電路的近似估算·Vi′≈0虛短·Ii′≈0虛斷···Xi′=Xi－Xf·Xi′

≈0··Xi≈Xf

··

Vi≈Vf

串聯(lián)負(fù)反饋

··

Ii≈If

并聯(lián)負(fù)反饋二、例題分析【例8-4】電路如圖8.14所示,假設(shè)滿足深度負(fù)反響條件,試估算其閉環(huán)電壓增益,并定性討論其輸入和輸出電阻的變化.【解】圖中引入的反響為電壓串聯(lián)負(fù)反響.故輸入電阻比運(yùn)放的輸入電阻高很多,輸出電阻比運(yùn)放的輸出電阻低很多.§8.4深度負(fù)反響放大電路的近似估算圖8.14·

·Vf

R1

Fv

=—=

·

VoR1+R2·1R2

Avf

≈—=1+

·

Fv

R1【例8-5】電路如圖8.15所示,假設(shè)滿足深度負(fù)反饋條件,試估算其閉環(huán)電壓增益Avf=Vo/Vi.···+·Vs

－+·Vo

－RLRsR1R2+·Vi

－+·Vf

－+·Vi′

－

·Ii+

－AT+·Vi

－RL′+·Vf

－

(b)RERs+·Vs

－+·Vo

－·Io·Ib·IeC1RERLRB2+vo－RC+

vs

－RB1+VCC+vi－

(a)C2TRs§8.4深度負(fù)反響放大電路的近似估算圖8.15【解】圖中由RE引入了電流串聯(lián)負(fù)反響.假設(shè)滿足深度負(fù)反響條件,可利用下式進(jìn)行分析:

··Vi≈Vf§8.4深度負(fù)反響放大電路的近似估算··Vi≈Vf···Vf=IeRE≈IoRE··Vo=－IoRL′

···VoVoRL′

Avf

=—≈=－

··ViVfRE【例8-6】電路如圖8.16所示,(1)試判斷電路中級(jí)間反響的組態(tài);(2)判斷根本放大電路VT2和VT3中所引入的反響極性;(3)假設(shè)滿足深度負(fù)反響條件,試估算電路的閉環(huán)增益;(4)定性分析該電路的輸入電阻和輸出電阻.【解】(1)該電路第一級(jí)與第三級(jí)之間由Rf引入了電壓并聯(lián)負(fù)反饋;(2)第二級(jí)由R1引入了電流串聯(lián)負(fù)反響,第二級(jí)與第三級(jí)之間T2T1+·Vo

－RC1R1RfRLRs·IsRC2RC3R2·Ib1·IfT3·Ii§8.4深度負(fù)反響放大電路的近似估算由R1、R2引入了電流串聯(lián)正反響.(3)···VoVoArf=—≈=－Rf··IiIf(4)

Rif

≈0,Rof

＜＜Ro圖8.16§8.4深度負(fù)反響放大電路的近似估算【例8-7】電路如圖8.17所示,試判斷電路中存在何種反響組態(tài),并導(dǎo)出閉環(huán)電壓增益Avf的表達(dá)式,設(shè)運(yùn)放是理想的.·【解】電路引入了電壓串聯(lián)負(fù)反響.···VoVo

Avf=—≈

··ViVf

(R3+R4)R5(R7+R8)

=————————

R4(R5+R6)

R8課堂討論:·Vf的求法R8R1R2

·Vo

·ViR3R4R5R7R6圖

8.17－+A1+

－A3－+A2T2RC1T1·IfRfRC2RLRE2Rs圖

8.18·Io·Ib1·Is+·Vo

－·Ii§8.4深度負(fù)反響放大電路的近似估算【例8-8】電路如圖8.18所示,假設(shè)滿足深度負(fù)反響條件,試求閉環(huán)電壓增益Avfs.【解】電路引入了電流并聯(lián)負(fù)反響.····Vo

－IoRL′

Avfs

=—=

··VsIsRs

·

－IoRL′

(RE2+Rf)RL′

≈———=

·

IfRs

RE2

Rs思考:··Is≈IfR2R5R4R1R3R6R7RL+·Vo

－+VCCT1T2T3R8圖

8.19+·Vi

－+·Vf

－·Io§8.4深度負(fù)反響放大電路的近似估算【例8-9】電路如圖8.19所示,假設(shè)滿足深度負(fù)反響條件,試求閉環(huán)電壓增益Avf.【解】電路引入了電流串聯(lián)負(fù)反響.······Avf

=Vo/

Vi≈Vo/

Vf···Vo=－Io(R6∥RL)=－IoRL′

··

R7Vf≈IoR3

R3+R7+R8·R3+R7+R8

RL′

Avf≈－

R3

R7§8.5負(fù)反響放大電路的穩(wěn)定性問題在負(fù)反響電路中,輸入信號(hào)減去輸出信號(hào)的一局部從而產(chǎn)生差值信號(hào).然而,這種相減性會(huì)隨頻率的變化而變化.對(duì)某些頻率,相減會(huì)變成相加,即負(fù)反響變成正反響,產(chǎn)生一個(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng),本節(jié)將重點(diǎn)研究反響電路的穩(wěn)定性問題.§8.5.1負(fù)反響放大電路的穩(wěn)定性問題一、穩(wěn)定工作條件根本反響系統(tǒng)的框圖如圖8.1所示.開環(huán)增益是單個(gè)晶體管參數(shù)和電容的函數(shù),因而是頻率的函數(shù).閉環(huán)增益可以寫成:A(jω)A(jω)Af(jω)

==

(8-18)

1+A(jω)F(jω)

1+T(jω)§8.5.1負(fù)反響放大電路的穩(wěn)定性問題

式中T(jω)是環(huán)路增益,它可以用它的幅值和相位來表示:T(jω)=T(ω)φT(ω)

(8-19)反響電路的穩(wěn)定性與環(huán)路增益T(jω)有關(guān).假設(shè)環(huán)路增益相位為180o時(shí),其幅值為1,那么T(jω)=－1,由(8-18)式可知,此時(shí)閉環(huán)增益將趨向于無窮大.這意味著電路在零輸入時(shí),輸出不為零,亦即電路產(chǎn)生了自激振蕩.為了構(gòu)造一個(gè)穩(wěn)定的反響放大器系統(tǒng),必須破壞T(jω)=－1的條件,因此,穩(wěn)定工作條件如下:

當(dāng)

φT(ω)=±180o,T(ω)

＜1(0dB);或當(dāng)

T(ω)

=1(0dB),│φT(ω)│＜180o

(8-20)§8.5.1負(fù)反響放大電路的穩(wěn)定性問題二、相位裕度和增益裕度為了使我們設(shè)計(jì)的反響放大電路可靠地穩(wěn)定,不但要滿足上述穩(wěn)定條件,而且要留出相當(dāng)?shù)脑Ａ?－180oT(ω)/dBωω0ω180φT(ω)ωφmGm圖

8.2000Φm─相位裕度;Gm─增益裕度.

在工程實(shí)踐中,通常要求:Gm≤－10dB,φm≥45o.按此要求設(shè)計(jì)的放大器,不僅可以在預(yù)定的工作情況下滿足穩(wěn)定條件,而且當(dāng)環(huán)境溫度、電路參數(shù)及電源電壓變化時(shí),也能穩(wěn)定工作.§8.5.1負(fù)反響放大電路的穩(wěn)定性問題三、負(fù)反響放大電路的穩(wěn)定性分析在分析反響放大電路的穩(wěn)定性時(shí),假設(shè)假設(shè)反響網(wǎng)絡(luò)是純電阻性的,不需要對(duì)環(huán)路增益進(jìn)行分析,而往往利用根本放大電路開環(huán)增益的波特圖進(jìn)行分析.20lgA

=20lg1/F·20lgAF=0·T(ω)=1(0dB)20lgAF=20lgA－20lg1/F··φT=φa+φf=φaF↑→φm↓ωφa(ω)ω－180oφm－135o－90o－45o20lg1/F圖

8.2120lgA/dB·§8.5.1負(fù)反響放大電路的穩(wěn)定性問題考慮一個(gè)三極點(diǎn)的開環(huán)系統(tǒng),且ωp3=10ωp2,ωp2=10ωp1,其幅頻特性及相頻特性的波特圖如圖8.22所示.由圖可見:當(dāng)施加電阻性反響時(shí),限制F,使反響增益線(20lg1/Fv)與幅頻特性波特圖相交于－20dB/十倍頻,就能保證放大器穩(wěn)定工作.φa(ω)0o－45o－135o－225o－270o－20dB/十倍頻ωωp1ωp2ωp3ω圖

8.2220lgAv/dB·20lg1/Fv§8.5.2頻率補(bǔ)償技術(shù)由圖8.22可知:當(dāng)施加電阻性反響時(shí),假設(shè)要使其穩(wěn)定工作,環(huán)路增益的極限值只有20dB,相當(dāng)于│AvFv│=10,這數(shù)值顯然是不夠大的,不利于改善放大電路多方面的性能,為了克服這一缺乏,可以采用頻率補(bǔ)償技術(shù)來解決.其根本思想是:在根本放大電路A或反響網(wǎng)絡(luò)F中增加一些元件(如R、C等),以改變反響放大電路的開環(huán)頻率響應(yīng),使得在保證一定的增益裕度或相位裕度的前提下獲得較大的環(huán)路增益.為此目的而構(gòu)成的電路稱為補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò).補(bǔ)償?shù)闹笇?dǎo)思想是:人為地將電路的各個(gè)極點(diǎn)的間距拉·§8.5.2頻率補(bǔ)償技術(shù)開,特別是使主極點(diǎn)和其相近的極點(diǎn)的間距拉大，從而可以按預(yù)期的目標(biāo)改變相頻響應(yīng)并有效地增加環(huán)路增益.上述補(bǔ)償?shù)乃枷肟梢栽诟痉糯箅娐返膬?nèi)部(內(nèi)補(bǔ)償)或外部(外補(bǔ)償)增加一補(bǔ)償極點(diǎn)來實(shí)現(xiàn).設(shè)根本放大電路的開環(huán)傳遞函數(shù)如下所示:AvoAv1(jω)=

(1+jω/ωp1)(1+jω/ωp2)(1+jω/ωp3)

在此放大電路的開環(huán)傳遞函數(shù)中增加一補(bǔ)償極點(diǎn)ωc,那么:

1Av2(jω)=A

1(jω)

1+jω/ωc

§8.5.2頻率補(bǔ)償技術(shù)圖

8.23－20dB/decadeωωp1ωp2ωp3120lgFωc20lgAv/dB·－40dB/decade－60dB/decade由上圖可見:增加補(bǔ)償極點(diǎn)ωc后,獲得了較高的環(huán)路增益.§8.5.2頻率補(bǔ)償技術(shù)

除了采用增加補(bǔ)償極點(diǎn)的方法外,還可以采用壓低主極點(diǎn)的方法進(jìn)行頻率補(bǔ)償,如圖8.24所示.圖

8.24－20dB/decadeωωp1ωp2ωp3120lgFωp120lgAv/dB·－40dB/decade－60dB/decade§8.5.2頻率補(bǔ)償技術(shù)密勒補(bǔ)償:

正如以前所討論的那樣,運(yùn)算放大器包括三級(jí),通常每級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)極點(diǎn).其中,主極點(diǎn)fp1位于高阻抗節(jié)點(diǎn)上,即中間增益級(jí).為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定,可將fp1壓低,這需要通過增加增益級(jí)的輸入電容來實(shí)現(xiàn),而大電容不易集成,因此,可利用密勒倍增效應(yīng),用較小的電容(741中的補(bǔ)償電容為30pF)來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償.

差分輸入級(jí)

中間增益級(jí)輸出級(jí)vivoCC圖

8.25—A§8.5.2頻率補(bǔ)償技術(shù)

有效的輸入密勒電容是:

CM=CC(1+A)

由于第二級(jí)的增益很大,因此通常等效的密勒電容也非常大.故第二級(jí)產(chǎn)生的極點(diǎn)頻率近似為:

1fp1=(8-21)

2πRi2CM

【例8-10】某反響放大器的開環(huán)頻率特性如圖8.26所示:(1)如果F=0.001,反響放大器是否穩(wěn)定?(2)如果穩(wěn)定,確定相位裕度φm為多少?§8.5.2頻率補(bǔ)償技術(shù)(3)如果要求Af=40dB時(shí),具有大于45o的相位裕度,試畫出用密勒電容補(bǔ)償后的開環(huán)頻率特性;(4)分別確定補(bǔ)償前后放大器的開環(huán)帶寬各為多少?圖

8.26f/MHz101001000120lgAv/dB·8060402000.10.010.001§8.5.2頻率補(bǔ)償技術(shù)【解】(1)F=0.001,20lg1/F=60dB.由圖8.26可知,反響放大器是穩(wěn)定的.(2)φm=45o(參閱圖8.22)(3)Af=40dB,即20lg1/F=40dB.假設(shè)要求此時(shí)有大于45o的相位裕度,補(bǔ)償后的開環(huán)頻率特性如圖8.27所示.(4)由圖8.27可知,補(bǔ)償前后放大器的開環(huán)帶寬分別為1MHz和0.1MHz.§8.5.2頻率補(bǔ)償技術(shù)圖

8.27f/MHz101001000120lgAv/dB·8060402000.10.010.001－45o－135o章末總結(jié)與習(xí)題討論一、本章小結(jié)1、深刻理解反響的概念,熟悉反響系統(tǒng)的組成框圖,熟練掌握閉環(huán)增益方程;2、熟悉反響的分類及反響類型的判別方法;3、熟悉負(fù)反響對(duì)放大器性能的改善,會(huì)根據(jù)要求正確引入負(fù)反響;4、掌握深度負(fù)反響放大器的近似估算方法;5、熟悉負(fù)反響放大電路的穩(wěn)定工作條件,掌握相位裕度和增益裕度的概念,了解頻率補(bǔ)償技術(shù).章末總結(jié)與習(xí)題討論二、例題討論【例8-11】反響放大電路的方框如圖8.28所示，設(shè)V1為輸入端引入的噪聲，V2為根本放大電路內(nèi)引入的干擾〔例如電源干擾〕，V3為放大電路輸出端引入的干擾。放大電路的開環(huán)電壓增益為Av=Av1Av2。證明：······并說明負(fù)反響抑制干擾的能力。Av

(Vi+V1)―V2/Av1―V3/AvVo=1+AvFv

··········章末總結(jié)與習(xí)題討論【證明】Vi2·····++－Vi1Av1FvViVo++－V1Av2V2－V3·····圖

8.28Vi1=Vi+V1－FvVoVi2=Av1Vi1－V2Vo=Av2Vi2－V3Av

=Av1Av2················(1+Av

Fv

)Vo=Av(Vi+V1)―Av2V2―V3·········章末總結(jié)與習(xí)題討論所以:Av(Vi+V1)―V2/Av1―V3/AvVo=1+AvFv

··········由上式可見:V2、V3被大幅度的減小,但是負(fù)反響對(duì)V1沒有抑制作用.即負(fù)反響可以改善放大器內(nèi)部噪聲的影響,但對(duì)同有效信號(hào)一起混入的噪聲卻無能為力.【例8-12】在圖8.29所示電路中，分別按以下要求接成所需的兩級(jí)放大器?！?〕具有穩(wěn)定的源電壓增益?！?〕具有低輸入電阻和穩(wěn)定的輸出電流?！?〕具有高輸出電阻和輸入電阻?！?〕具有穩(wěn)定的輸出電壓和低輸入電阻?！ぁぁ?/p>

章末總結(jié)與習(xí)題討論

RC3IEE+vs－T3+vo－+VCCRC1RC2T2T1－VEE1RsRE3425Rb67圖

8.29【解】分析此題時(shí)，特別注意2是差分放大器的反相輸入端,3是其同相輸入端?！?〕要求源電壓增益穩(wěn)定，應(yīng)引入電壓負(fù)反響，題目對(duì)輸入端的反響類型沒有要求，可如下連接：2→5，7→Rf→4。章末總結(jié)與習(xí)題討論

構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反響?！?〕要求輸入電阻低，應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反響；要求輸出電流穩(wěn)定，應(yīng)引入電流負(fù)反響。綜合起來看，應(yīng)引入電流并聯(lián)負(fù)反響，因此，電路應(yīng)作如下連接：2→5，6→Rf→1?！?〕要求輸出電阻高，應(yīng)引入電流負(fù)反響；要求輸入電阻高，應(yīng)引入串聯(lián)