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1、第21讲 负反馈放大电路的稳定性本讲稿第一页，共十六页一、自激振荡产生的原因及条件一、自激振荡产生的原因及条件1.1.现象：现象：输入信号为输入信号为0 0时，输出有一定幅值、一定频率的信号，时，输出有一定幅值、一定频率的信号，称电路产生了自激振荡。称电路产生了自激振荡。负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段。负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段。2.原因原因 在低频段或高频段，若存在一个频率在低频段或高频段，若存在一个频率f0，且当，且当 f f0 时附加时附加相移为相移为，则，则本讲稿第二页，共十六页对对 f=f0的信号，净输入量是输入量与反馈量之和。的信号，净输入量是输入量
2、与反馈量之和。在电扰动下，如合闸通电，必含有频率为在电扰动下，如合闸通电，必含有频率为f0的信号，对的信号，对于于f=f0 的信号，产生正反馈过程的信号，产生正反馈过程输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激振荡。振荡。本讲稿第三页，共十六页3.自激振荡的条件自激振荡的条件 由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振条件为条件为本讲稿第四页，共十六页二、负反馈放大电路稳定性的分析二、负反馈放大电路稳定性的分析附加相移由放大电路决定附加相移由放大电路决定;振荡只可能产生在高频
3、段。振荡只可能产生在高频段。设反馈网络为电阻网络，放大电路为直接耦合形式。设反馈网络为电阻网络，放大电路为直接耦合形式。因没有满足相位条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。因没有满足相位条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。因没有满足幅值条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。因没有满足幅值条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。对于产生对于产生180附加相移的信号频率，有可能满足起振条件，故引附加相移的信号频率，有可能满足起振条件，故引入负反馈后可能振荡。入负反馈后可能振荡。对于单管放大电路对于单管放大电路:对于两级放大电路对于两级放大电路:对于三级放大电路对于三级放大电路:本讲稿第五页，共十六
4、页什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？三级或三级以上的直接耦合放大电路引入负反馈后有可能三级或三级以上的直接耦合放大电路引入负反馈后有可能产生高频振荡；同理，耦合电容、旁路电容等为三个或三个产生高频振荡；同理，耦合电容、旁路电容等为三个或三个以上的放大电路，引入负反馈后有可能产生低频振荡以上的放大电路，引入负反馈后有可能产生低频振荡 放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多，引入的负反馈放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大。越深，产生自激振荡的可能性越大。环路放大倍数环路放大倍数AF越大
5、，越容易满足起振条件，闭合后越越大，越容易满足起振条件，闭合后越容易产生自激振荡。容易产生自激振荡。本讲稿第六页，共十六页三、负反馈放大电路稳定性的判断三、负反馈放大电路稳定性的判断已知环路增益的频率特性来判断闭环后电路的稳定性。已知环路增益的频率特性来判断闭环后电路的稳定性。使环路增益下降到使环路增益下降到0dB的频率，记作的频率，记作fc；使使AF(2n1)的频率，记作的频率，记作f0。fcf0fcf0本讲稿第七页，共十六页三、负反馈放大电路稳定性的判断三、负反馈放大电路稳定性的判断fcf0满足起振满足起振条件条件电路不稳定电路不稳定fcf0电路稳定电路稳定 f0 fc，电路不稳定，会产生
6、自激振荡；，电路不稳定，会产生自激振荡；f0 fc，电路稳，电路稳定，不会产生自激振荡。定，不会产生自激振荡。本讲稿第八页，共十六页稳定裕度稳定裕度fcf0电路稳定电路稳定电路稳定电路稳定Gm幅值裕度幅值裕度m相位裕度相位裕度 Gm10dB，且，且m45，负反馈放大，负反馈放大电路才具有可靠的稳电路才具有可靠的稳定性。定性。本讲稿第九页，共十六页四、消除自激振荡的方法四、消除自激振荡的方法1.简单滞后补偿简单滞后补偿常用的方法为滞后补偿方法。常用的方法为滞后补偿方法。设放大电路为直接耦合方式，反馈网络为电阻网络。设放大电路为直接耦合方式，反馈网络为电阻网络。在最低的上限频率所在回路加补在最低的
7、上限频率所在回路加补偿电容。偿电容。补偿电容补偿电容本讲稿第十页，共十六页1.简单滞后补偿简单滞后补偿最大附加相移最大附加相移为为-135 具有具有45的相位裕度，的相位裕度，故电路稳定故电路稳定补偿前补偿前补偿后补偿后 滞后补偿法是以滞后补偿法是以频带变窄为代价来频带变窄为代价来消除自激振荡的。消除自激振荡的。本讲稿第十一页，共十六页2.密勒补偿密勒补偿 在获得同样补偿的情况在获得同样补偿的情况下，补偿电容比简单滞后下，补偿电容比简单滞后补偿的电容小得多。补偿的电容小得多。在最低的上限频率所在在最低的上限频率所在回路加补偿电容。回路加补偿电容。补偿前补偿前补偿后补偿后本讲稿第十二页，共十六页
8、3.RC 滞后补偿：滞后补偿：在在最低的上限频率最低的上限频率所在回路加补偿。所在回路加补偿。上式表明，最大附加相移为上式表明，最大附加相移为180，不满足起振条件，闭环后，不满足起振条件，闭环后一定不会产生自激振荡，电路稳定。一定不会产生自激振荡，电路稳定。本讲稿第十三页，共十六页RC 滞后补偿与简单滞后补偿比较滞后补偿与简单滞后补偿比较简单补偿后简单补偿后的幅频特性的幅频特性RC滞后补偿后的滞后补偿后的幅频特性幅频特性补偿前补偿前 滞后补偿法消振均以频带变窄为代价，滞后补偿法消振均以频带变窄为代价，RC滞后补偿较简单滞后补偿较简单电容补偿使频带的变化小些。电容补偿使频带的变化小些。为使消振后频带变化更小，可考虑采用超前补偿的方法，略。为使消振后频带变化更小，可考虑采用超前补偿的方法，略。本讲稿第十四页，共十六页讨论一讨论一 试问电路闭环后会产生自激振荡吗？若已知反馈网络为纯试问电路闭环后会产生自激振荡吗？若已知反馈网络为纯电阻网络，且电阻网络，且 ，则使电路不产生自激振荡，则使电路不产生自激振荡的的 的上限值为多少？的上限值为多少？本讲稿第十五页，共十六页清华大学 华成英 讨论二讨论二判断电路引入负反馈后有可能产生自激振荡吗？判断电路引入负反馈后有可能产生自激振荡吗？如可能，则应在电路的哪一级加补偿电容？如可能，则应在电路的哪一级加补偿电容？本讲稿第十六页，共十六页