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1、模电课件负反馈放大电路的稳定性第1页，本讲稿共24页6.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件1.自激振荡现象自激振荡现象 在在不不加加任任何何输输入入信信号号的的情情况况下下，放放大大电电路路仍仍会会产产生生一一定频率的信号输出。定频率的信号输出。第2页，本讲稿共24页 由于存在由于存在RC回路，在高频区或低频区产生回路，在高频区或低频区产生附附加相移加相移 AF，当，当 AF达到达到180，使中频区的负反使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。定的幅值条件时，便产生自激振荡。在许多情况下反馈电路
2、是由电阻构成的，在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，所以所以 F=0 ，AF=A+F=A。2.产生原因产生原因第3页，本讲稿共24页6.5.1 6.5.1 负反馈放大电路的自激条件负反馈放大电路的自激条件第4页，本讲稿共24页6.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件3.自激振荡条件自激振荡条件自激振荡自激振荡反馈深度反馈深度即即得自激振荡条件得自激振荡条件幅值条件幅值条件相位条件相位条件（附加相移）（附加相移）闭环增益闭环增益第5页，本讲稿共24页6.5.2 6.5.2 负反馈放大电路的自激负反馈放大电路的自激1.1.波特图的绘制波特图的绘制2.2.放大电路自激的判断放大电路自激的判断
3、3.3.环路增益波特图的引入环路增益波特图的引入4.4.判断自激的条件判断自激的条件第6页，本讲稿共24页1.1.波特图的绘制波特图的绘制 有效地判断放大电路是否能自激的方法，可用波特图。有效地判断放大电路是否能自激的方法，可用波特图。例：有一个三极点直接耦合开环放大电路的频率特性方例：有一个三极点直接耦合开环放大电路的频率特性方程式如下程式如下:第7页，本讲稿共24页 图图6.23 6.23 以以20lg|Av|为为Y坐标的坐标的波特图波特图 （动画动画6-56-5）根据给定的频率根据给定的频率特性方程，放大电路特性方程，放大电路在高频段有三个在高频段有三个极点极点频率频率fp1、fp2和和
4、fp3。105代表中频电压放大代表中频电压放大倍数（倍数（100dB），于），于是可画出幅度频率特是可画出幅度频率特性曲线和相位频率特性曲线和相位频率特性曲线。总的相频特性曲线。总的相频特性曲线是用每个极点性曲线是用每个极点频率的相频特性曲线频率的相频特性曲线合成而得到的。合成而得到的。相频特性曲线的相频特性曲线的Y坐坐标是附加相移标是附加相移 A。当当 A=180 时时，即图中的，即图中的S点点对应的频率称为对应的频率称为临界频临界频率率fc。当。当f=fc时反馈信号时反馈信号与输入信号同相，负反馈与输入信号同相，负反馈变成了正反馈，只要信号变成了正反馈，只要信号幅度满足要求，即可自激。幅度
5、满足要求，即可自激。第8页，本讲稿共24页6.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析一般一般与频率无关，与频率无关，则则的幅频响应是一条水平线的幅频响应是一条水平线水平线水平线的交点为的交点为即该点满足即该点满足对于幅度条件对于幅度条件 第9页，本讲稿共24页第10页，本讲稿共24页6.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件(2)作作水平线水平线判断稳定性方法判断稳定性方法(1)作出作出的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图在水平线在水平线的交点作垂线交相频响应曲线的一点的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3)判断是否满足
6、相位裕度判断是否满足相位裕度 m 45 若该点若该点满足相位裕度，稳定；否则不稳定。满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的在相频响应的点处作垂线交点处作垂线交 于于P点点若若P点在点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。水平线之下，稳定；否则不稳定。或或第11页，本讲稿共24页设反馈系数设反馈系数F1=10-4，闭，闭环波特图与开环的波特环波特图与开环的波特图交图交P点，对应的附加点，对应的附加相移相移 A=90，不满足，不满足相位条件，不自激。相位条件，不自激。第12页，本讲稿共24页 进一步加大负反进一步加大负反馈量，馈量，设反馈系数设反馈系数F2=10-3，闭环波特图，闭环波特图与开环
7、的波特图交与开环的波特图交P点，对应的附加相移点，对应的附加相移 A=135，不满足，不满足相位条件，不自激。相位条件，不自激。此时此时 A虽不是虽不是180，但已接近正，但已接近正反馈的范畴，因此当反馈的范畴，因此当信号频率接近信号频率接近106Hz时，时，即即P点时，放大倍数点时，放大倍数就有所提高。就有所提高。第13页，本讲稿共24页 再进一步加大反馈再进一步加大反馈量，量，设反馈系数设反馈系数F3=10-2，闭环波特图与开环，闭环波特图与开环波特图交波特图交P点，对应点，对应的附加相移的附加相移 A=180。当放大电路的工作频当放大电路的工作频率提高到对应率提高到对应P点处点处的频率时
8、，满足自激的频率时，满足自激的的相位条件相位条件。此时放大电路此时放大电路有有 40 dB 的的 增增 益，益，AF=102 10-2=1，正好满足放大电路正好满足放大电路自激的自激的幅度条件幅度条件，放大电路产生自激。放大电路产生自激。此时此时F是可取得的最是可取得的最大反馈系数。大反馈系数。第14页，本讲稿共24页6.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件5.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析基本放大电基本放大电基本放大基本放大越大，水平线越大，水平线下移，越下移，越容易自激容易自激越大，表明越大，表明反反馈馈深深度度越越深深,越容易自激。越容易自激。P点交在点交在 的
9、的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。十倍频程处，放大电路是稳定的。第15页，本讲稿共24页图图6.246.24 环路增益波特图环路增益波特图环路增益波特图环路增益波特图(动画动画6-6)第16页，本讲稿共24页4.稳定裕度稳定裕度:相位裕度相位裕度 m45 幅度裕度幅度裕度|Gm|10 dB第17页，本讲稿共24页4.4.判断自激的条件判断自激的条件 根据以上讨论，可将环路增益波特图分为三种情况，如根据以上讨论，可将环路增益波特图分为三种情况，如图图6.256.25所示。所示。临界频率临界频率fc(180)大于切割频率大于切割频率f 0 则电路稳定。则电路稳定。(a)稳定稳定:fcf0
10、,Gm0dB (b)自激自激:fc0dB (c)临界状态临界状态:fc=f0,Gm=0dB 图图6.25 6.25 判断自激的实用方法判断自激的实用方法第18页，本讲稿共24页消除自激的条件1、当 使2、当 使 在靠近主极点的地方加电容第19页，本讲稿共24页第20页，本讲稿共24页第21页，本讲稿共24页第22页，本讲稿共24页例例6.56.5：有一负反馈放大电路的频率特性表达式：有一负反馈放大电路的频率特性表达式 如下如下:1.1.试判断放大电路是否可能自激试判断放大电路是否可能自激,2.2.如果自激使用电容补偿消除之。如果自激使用电容补偿消除之。解解：先作出幅频特性曲线和相频特性曲线，先
11、作出幅频特性曲线和相频特性曲线，如图如图6.24所示所示。第23页，本讲稿共24页 图图6.26 6.26 利用电容补偿消除自激振荡利用电容补偿消除自激振荡（动画动画6-76-7）加电容补偿，改变加电容补偿，改变极点频率极点频率fp1的位置至的位置至102 Hz处，从新的相频特性处，从新的相频特性曲线可知，在曲线可知，在f 0处有处有45 的相位裕量。因此的相位裕量。因此负反馈放大电路稳定，负反馈放大电路稳定，可消除原来的自激。此可消除原来的自激。此时反馈系数时反馈系数F=0.1。由由 A=180 可可确定临界自激线，所以确定临界自激线，所以反馈量使闭环增益在反馈量使闭环增益在60dB以下时均可产生以下时均可产生自激。自激。第24页，本讲稿共24页