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1、 负反馈放大器的稳定性负反馈放大器的稳定性 负反馈可以改善放大电路的各种特性负反馈可以改善放大电路的各种特性 降低放大倍数降低放大倍数对对于于多多级级放放大大电电路路而而言言，负负反反馈馈深深度度太太深深可可能能会会引引起起放放大大电电路路产产生生自自激激振振荡荡，使使放放大电路失去放大作用，不能正常工作大电路失去放大作用，不能正常工作 但但负负反反馈馈也也会会给给放放大大电电路路带带来来一一些些不不利利的影响的影响.2/18/2023模电课件1负反馈放大电路自激振荡的条件和判断方法负反馈放大电路自激振荡的条件和判断方法 （1）自激振荡自激振荡0说明当说明当Xi(s)=0时，时，Xo0，表示此
2、时放大电路即表示此时放大电路即使没有外加输入信号，也有一定的输出信号，使没有外加输入信号，也有一定的输出信号，放大电路的这种状态称为自激振荡。放大电路的这种状态称为自激振荡。（2 2）自激振荡条件）自激振荡条件电路就会由负反馈变为正反馈，使放大电路产电路就会由负反馈变为正反馈，使放大电路产生自激振荡生自激振荡 正反馈正反馈幅度条件幅度条件 相位条件相位条件 充分条件充分条件 必要条件必要条件 要使负反馈系统不产生自激要使负反馈系统不产生自激,稳定工作的条件稳定工作的条件:不满足振幅条件不满足振幅条件 不满足相位条件不满足相位条件 2/18/2023模电课件(3)用环路增益波特图判断闭环系统的稳
3、定性用环路增益波特图判断闭环系统的稳定性 20lgT(j)0)0则则 称为增益交叉频率称为增益交叉频率 则则 称为相位交叉频率称为相位交叉频率 20lgT(j)0dBo0o-90oT T(j)(j)-180o自激振荡自激振荡负反馈负反馈 自激振荡自激振荡20lgT(j)0dB0o-90oT T(j)(j)-180o0o-90oT T(j)(j)-180oo20lgT(j)0dBo不会自激振荡不会自激振荡2/18/2023模电课件二、稳定裕度二、稳定裕度 (Stability Margin)(Stability Margin)反映负反馈放大器远离自激程度的物理量反映负反馈放大器远离自激程度的物理
4、量1 1相位裕度相位裕度 定定 义义:在在 T(j)波波 特特 图图 上上,T(jo)=0db点点对对应应的的T(jo)与与(-180o)的的差差值值,称称为为相相位位裕裕度度m,即即 0dB-45o-90o-135o-180o为为使使反反馈馈系系统统稳稳定定工工作作,要求要求:m45o 一般取一般取:m=45o 60o 2 增益裕度增益裕度Gm 定定义义:在在T(j)波波特特图图上上,T(jo)=(-180o)点点对对应的应的|T(jo)|的数值的数值.为为使使反反馈馈系系统统稳稳定定工工作作,要求要求:|:|Gm|=10-20dB一一般般:只只有有环环路路增增益益幅幅频频波波特特图图以以-
5、20dB/十十倍倍频频速速率率穿穿越越0dB轴轴时时,闭闭环环系系统统才才是稳定的是稳定的.0dB-45o-90o-135o-180o2/18/2023模电课件二、稳定裕度二、稳定裕度 (Stability Margin)(Stability Margin)3 利用开环增益的波特图判断放大器的稳定性利用开环增益的波特图判断放大器的稳定性.对于深度负反馈放大系统对于深度负反馈放大系统,且反馈网络为纯电阻性且反馈网络为纯电阻性网络网络.B(j)=B.B(j)=B 闭环增益闭环增益:(在中频和低频情况下在中频和低频情况下)又又环路增益环路增益T(j)=(j)=A(j)B(j)B 而而环环路增益路增益
6、为为0dB的点的点:|T(j(jo o)|=|)|=|A(j(jo o)B|=1)B|=1 结论结论:开环增益开环增益A(j)(j)的幅频波特图的幅频波特图与闭环增益与闭环增益的波特图的波特图的的交交点点即即为为环环路路增增益益的的0dB0dB点点,即即T(j(jo o)=0)=0的的点点.0dB02/18/2023模电课件-900/十十 倍倍频频01 110 100 100020806040f(KHz)例例:设某极大器的开环增益为一个三极点放大系统设某极大器的开环增益为一个三极点放大系统.如果反馈系统如果反馈系统B=0.001 -45O-180O-90O-135O-225O-270Of(KH
7、z)-450/十倍频十倍频-450/十十 倍倍频频Af=1/B-20dB/十倍频十倍频-40dB/十倍频十倍频-60dB/十十 倍倍频频a(-135o)稳定稳定稳定稳定不稳定不稳定结结论论:开开环环增增益益A(j)的的幅幅频频波波特特图图只只有有环环路路增增益益幅幅频频波波特特图图以以-20dB/十十倍倍频频速速率率穿穿越越Af=1/B直直线线时时,闭闭环环系系统统才才是是稳稳定定的的.2/18/2023模电课件相位补偿原理与技术相位补偿原理与技术由由上上分分析析可可知知,负负反反馈馈越越深深,放放大大器器的的性性能能改改善善越越高高,但但也也越越容容易易自自激激振振荡荡,为为了了提提高高放放
8、大大器器在在深深度度负负反反馈馈条条件件下下的的工工作作稳稳定定性性,一一般般采采用用相相位位补补偿偿法法来来消消振振,即即外外加加一一些些电电容容,电电阻阻元元件件来来校校正正放放大大器器的的开开环环频频率率特特性性,增增大大相相位位裕裕度度,破破坏坏自自激激振振荡荡的的条条件件,以以保保证证闭闭环环稳稳定定工作工作.1.主极点补偿主极点补偿(电容滞后补偿电容滞后补偿)方方法法:在在放放大大器器中中时时间间常常数数最最大大的的那那一一级级里里并并接接补补偿偿电电容容C,以以使使高高频频增增益益下下降降更更多多来来达达到到稳稳定定工作的工作的目的目的.Af=1/B-45O-180O-90O-1
9、35O-225O-270Of(KHz)01 110 100 100020806040f(KHz)a(-225o)闭环后必自激闭环后必自激.a(-135o)01 110 100 100020806040f(KHz)a3(-225o)a2(-135o)a1(-45o)Af=1/Ba2(-135o)a1(-45o)a3(-225o)补偿后的开环增补偿后的开环增益函数为益函数为 0.01 补补偿偿电电容容来来改改变变第第一一极极点的值点的值 可可见见单单纯纯电电容容补补偿偿是是以以牺牺牲牲带带宽宽来来换换取取稳定的。稳定的。2/18/2023模电课件相位补偿原理与技术相位补偿原理与技术补偿电容补偿电容
10、C值的计算：值的计算：C A2A1RO1Ri 2CO1O1Ci2i2kk2/18/2023模电课件-40dB/十十 倍倍频频-20dB/十倍频十倍频A1A2二零极点对消二零极点对消RC滞后补偿滞后补偿方方法法：在在开开环环增增益益A(j)中中引引入入一一个个零零点点，该该零零点点与与A(j)的的一一个个极极点点相相抵抵消消，从从而而可可使使放放大大器器在在补补偿偿后后的频带损失较小的频带损失较小：a（-225o）20806040 0.1f11f110f2100f31000f(KHz)(-135o)f（-180-180o o）Af=1/B-45o001ba2(-135o)在在放放大大器器时时间间
11、常常数数最最大大的的一一级级输输出出端端并并接接RCRC串串联联补补偿网络偿网络 CRu2 CRu1 u1 R 可见，原来的极点可见，原来的极点f1变成变成f1 ，并引进了一个零点，并引进了一个零点f2频率频率 2/18/2023模电课件A1A2CRa（-225o）20806040 0.1f11f110f2100f31000f(KHz)(-135o)f（-180-180o o）Af=1/B-45o001b例：若设原来的开环增益表达式为：例：若设原来的开环增益表达式为：如果选择如果选择R R、C C的值，的值，使使 零极点相抵消，则开环增零极点相抵消，则开环增益的表达式为：益的表达式为：那么加那
12、么加RC补偿后的开环增补偿后的开环增益表达式为：益表达式为：2/18/2023模电课件uoRc1isRsT1RLRc2RfT2Re2反馈环内负反馈的输入输出电阻反馈环内负反馈的输入输出电阻并联负反馈并联负反馈串联负反馈串联负反馈电流负反馈电流负反馈电压负反馈电压负反馈2/18/2023模电课件R1RC1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+EC【例【例2 2】电路的级间反馈满足深度负反馈条件，试估】电路的级间反馈满足深度负反馈条件，试估算电路的闭环电压增益。算电路的闭环电压增益。反馈组态：电流并联负反馈反馈组态：电流并联负反馈ie2is=ui/R1R1令输入端口短路令输入端口短路2/1
13、8/2023模电课件R1RC1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+EC反馈组态：电流并联负反馈反馈组态：电流并联负反馈ic2is=ui/R1R12/18/2023模电课件R1RC1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+EC并联负反馈并联负反馈电流负反馈电流负反馈2/18/2023模电课件【例【例3 3】电路的级间反馈满足深度负反馈条件，试估】电路的级间反馈满足深度负反馈条件，试估算电路的闭环电压增益。算电路的闭环电压增益。反馈组态：电压并联负反馈反馈组态：电压并联负反馈RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidifRC3+-+-uOis=ui/R1R1令输入
14、端口短路令输入端口短路2/18/2023模电课件RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidifRC3+-+-uO反馈组态：电压并联负反馈反馈组态：电压并联负反馈is=ui/R1R12/18/2023模电课件RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidifRC3+-+-uO反馈组态：电压并联负反馈反馈组态：电压并联负反馈2/18/2023模电课件【例【例3 3】电路的级间反馈满足深度负反馈条件，试】电路的级间反馈满足深度负反馈条件，试估算电路的闭环电压增益。估算电路的闭环电压增益。反馈组态：反馈组态：RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidi
15、fRC3+-+-uO电压并联负反馈电压并联负反馈2/18/2023模电课件【例【例4 4】电路的级间反馈满足深度负反馈条件，试】电路的级间反馈满足深度负反馈条件，试估算电路的闭环电压增益。估算电路的闭环电压增益。反馈组态反馈组态Rb1RC1-uiuO+VCC+-Re2RC2Re1RFCF+-uf+-ud解法解法1 1：利用关系式：利用关系式令输入端口断路令输入端口断路电压串联负反馈电压串联负反馈2/18/2023模电课件【例【例4 4】电路的级间反馈满足深度负反馈条】电路的级间反馈满足深度负反馈条件，试估算电路的闭环电压增益。件，试估算电路的闭环电压增益。反馈组态：电压串联负反馈反馈组态：电压
16、串联负反馈Rb1RC1-uiuO+VCC+-Re2RC2Re1RFCF+-uf+-ud解法解法2：利用关系式：利用关系式2/18/2023模电课件Rb1RC1-uiuO+VCC+-Re2RC2Re1RFCF+-uf+-ud【例【例5 5】试估算电路的试估算电路的Rif、ROf。假设反馈环路内的输入、输出电阻分别为：假设反馈环路内的输入、输出电阻分别为：由图可知，反馈组态为电压串联负反馈，所以有：由图可知，反馈组态为电压串联负反馈，所以有：2/18/2023模电课件【例【例6 6】试估算电路的试估算电路的Rif、ROf。假设反馈环路内的输入、输假设反馈环路内的输入、输出电阻分别为：出电阻分别为：
17、由图可知，反馈组态为电由图可知，反馈组态为电流并联负反馈，所以有：流并联负反馈，所以有：R1RC1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+EC2/18/2023模电课件Rc1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+ECRb1Re3Rc3反馈组态反馈组态 电流串联负反馈电流串联负反馈令输入端口（反馈端）断开令输入端口（反馈端）断开解法解法1 1：求反馈系数：求反馈系数-uf+ie3ie12/18/2023模电课件Rc1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+ECRb1Re3Rc3反馈组态反馈组态 电流串联负反馈电流串联负反馈令输入端口（反馈端）断开令输入端口（反馈端）断开解法解
18、法2 2：-uf+ie2ie12/18/2023模电课件Rc1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+ECRb1Re3Rc3串联负反馈串联负反馈电流负反馈电流负反馈2/18/2023模电课件Rf例：电路如图所示例：电路如图所示 1)为引入串联负反馈，为引入串联负反馈，M，N中哪一点和中哪一点和P点相连，点相连，K点接到何处？点接到何处？T1T2T3T4+15V-15VRcRcRLKR1R1ReMNPb1b21)K点接到点接到T2的的基极基极b2 M点接到点接到P点点2)设为深度负反馈，设为深度负反馈，求求Auf 电压串联负反馈电压串联负反馈ufuo令输入端口断开令输入端口断开串联型反馈，将（输入）串联型反馈，将（输入）反馈反馈端短路断开端短路断开电压型反馈，将（放大器）三极管输出端短路（接地）电压型反馈，将（放大器）三极管输出端短路（接地）2/18/2023模电课件