負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng)及其穩(wěn)定性.ppt

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7.7 負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng),7.7.1 頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式,為了使問題簡化，設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)是純電阻的，反饋系數(shù)為與信號(hào)頻率無關(guān)的實(shí)數(shù)。,基本放大器的高頻響應(yīng)表達(dá)式為：,開環(huán)中頻增益,開環(huán)上限頻率,中頻區(qū)閉環(huán)增益：,閉環(huán)上限頻率：,閉環(huán)增益的上限頻率增加到開環(huán)增益上限頻率的 倍,注意！對于不同組態(tài)的負(fù)反饋電路，其增益的物理意義不同。如電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路，互阻增益的上限頻率增大。,負(fù)反饋放大電路頻率響應(yīng),負(fù)反饋放大電路頻率響應(yīng),增益帶寬積：,帶寬如何變化？,結(jié)論：放大電路的增益——帶寬積近似為一個(gè)常數(shù)。,7.8 負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性,負(fù)反饋對放大電路性能的改善和影響取決于反饋深度 ，反饋深度愈深，性能改善的程度愈大。然而實(shí)踐證明，反饋過深，有時(shí)使放大電路反而不能穩(wěn)定地工作，其現(xiàn)象是即使不加輸入信號(hào)，放大電路也會(huì)產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)輸出，這種現(xiàn)象稱為自激振蕩，它破壞了放大電路的正常工作，應(yīng)當(dāng)盡量避免或設(shè)法消除。,7.8.1負(fù)反饋放大器的自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件,1. 自激振蕩現(xiàn)象,,,,,,,,,在不加任何輸入信號(hào)的情況下，放大電路仍會(huì)產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)輸出。,從單級(jí)阻容耦合共射放大電路的相頻特性可知，不同頻率的信號(hào)通過放大電路時(shí)，將產(chǎn)生不同的相位差。低頻段、高頻段產(chǎn)生的相移與中頻段相移之差稱為附加相移。單級(jí)最大為 ， 兩級(jí)最大為 ，顯然，級(jí)數(shù)越多，附加相移越大。,原因在于： 1）由于放大電路存在附加相移使反饋的極性由負(fù)變正； 2）反饋信號(hào)足夠大。,產(chǎn)生自激振蕩的原因及條件（1）,所謂負(fù)反饋是指在中頻段信號(hào)輸入時(shí)，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相減，削弱了凈輸入信號(hào)，然而，當(dāng)信號(hào)頻率變低或變高后，放大電路會(huì)產(chǎn)生附加相移，一旦附加相移達(dá)到了 ，則反饋信號(hào)與輸入信號(hào)變?yōu)橄嗉?，增?qiáng)了凈輸入信號(hào)，負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答伭恕?同時(shí)，如果反饋信號(hào)足夠強(qiáng)，以至于反饋信號(hào)的幅值等于或大于凈輸入信號(hào)的幅值時(shí)，就不需要輸入信號(hào)而有一定的輸出了，即產(chǎn)生自激振蕩。,產(chǎn)生自激振蕩的原因及條件（2）,即：,,由此可判斷單級(jí)、兩級(jí)負(fù)反饋放大電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，三級(jí)以上的負(fù)反饋放大電路，只要達(dá)到一定的反饋深度，就可能滿足自激振蕩條件，產(chǎn)生自激振蕩。,條件：,（幅值條件）,（相位條件）,產(chǎn)生自激振蕩的原因及條件（3）,產(chǎn)生自激振蕩的兩個(gè)條件中，一般來說相位條件是主要因素，當(dāng)相位條件得到滿足后，在絕大多數(shù)情況下，只要 ，放大電路就能產(chǎn)生自激振蕩。當(dāng) 時(shí)，輸入信號(hào)經(jīng)放大、反饋，再放大…輸出信號(hào)的幅值將逐步增長，直至受到電路元件的非線性限制，最終使輸出幅度穩(wěn)定，形成等幅振蕩，此時(shí)， 。 為了直觀地運(yùn)用自激條件，通常采用 的波特圖進(jìn)行分析。,穩(wěn)定工作的條件及穩(wěn)定性分析（1）,,,穩(wěn)定不自激,反饋放大器不自激條件,,自激,增益交界頻率,相角交界頻率,穩(wěn)定工作的條件及穩(wěn)定性分析（2）,穩(wěn)定裕量,,反饋放大器遠(yuǎn)離自激狀態(tài)的程度,相位裕量,增益裕量,工程上要求,如何判斷放大器的穩(wěn)定性？,,穩(wěn)定不自激,穩(wěn)定工作的條件及穩(wěn)定性分析（3）,工程上要求,上面是利用環(huán)路增益的幅頻特性和相頻特性來分析，對于大多數(shù)情況，反饋網(wǎng)絡(luò)是由電阻組成的，于是我們可以直接利用開環(huán)增益的幅頻特性和相頻特性來分析閉環(huán)電路的穩(wěn)定性，這樣更直觀。,穩(wěn)定工作的條件及穩(wěn)定性分析（4）,放大器的穩(wěn)定性的判別就是穩(wěn)定裕量的確定。,,若放大器施加的是電阻性反饋，F(xiàn)為實(shí)數(shù)，則,在基本放大器的幅頻特性曲線上，做20log1/F的水平線，交點(diǎn)對應(yīng)的頻率即為f0,步驟,在基本放大器的相頻特性曲線上，確定f0所對應(yīng),判斷相位裕量,，則放大器穩(wěn)定，否則不穩(wěn)定,,,,穩(wěn)定工作的條件及穩(wěn)定性分析（5）,,在幅頻特性漸進(jìn)波特圖上判別穩(wěn)定性,在多極點(diǎn)系統(tǒng)中，若,則只要f0落在幅頻特性曲線斜率為“-20dB/十倍頻”的下降段內(nèi)，或f0落在fp1與fp2之間，則相位裕量,放大器穩(wěn)定工作,思考：,單極點(diǎn)系統(tǒng)是否會(huì)自激？ 兩極點(diǎn)系統(tǒng)、多極點(diǎn)系統(tǒng)又如何呢？,,穩(wěn)定工作的條件及穩(wěn)定性分析（6）,作業(yè)：7.1.2 7.2.1 7.2.4 7.4.3 7.5.2 7.5.3,在放大電路中引入負(fù)反饋是為了改善放大器的性能，反饋越深，放大器的性能越好，同時(shí)也越易自激；減弱反饋深度，有利于穩(wěn)定性的提高，卻不利于放大器性能的提高。改善放大器的性能和提高放大器的穩(wěn)定性二者存在矛盾。為此，要尋找一種方法來解決這一矛盾，使得放大電路既有足夠的反饋深度，而又不產(chǎn)生自激，可采用相位補(bǔ)償技術(shù)。,它的基本思想是設(shè)法拉開第一極點(diǎn)和第二極點(diǎn)頻率之間的頻率間隔，也就是加長開環(huán)幅頻特性波特圖以-20dB/十倍頻程的斜率下降的那一段長度。,7.8.2頻率補(bǔ)償,頻率補(bǔ)償?shù)幕舅枷?,1、滯后補(bǔ)償技術(shù),1)簡單電容補(bǔ)償,補(bǔ)償方法：將補(bǔ)償電容Cφ并接在集成運(yùn)放中產(chǎn)生第一個(gè)極點(diǎn)角頻率ωp1的節(jié)點(diǎn)上，使,以降低基本放大器的上限頻率為代價(jià),降低ωp1,7.8.2頻率補(bǔ)償,2)密勒電容補(bǔ)償,補(bǔ)償方法：將補(bǔ)償電容Cφ跨接在晶體三極管B極與C極之間，利用密勒電容效應(yīng)，使ωp1降低， ωp2增大，拉長ωp1與 ωp2之間的距離。,降低ωp1，增大ωp2,2、超前補(bǔ)償技術(shù),補(bǔ)償思路：在ωp2附近，引入具有一個(gè)超前相移的零點(diǎn)，以抵消原來的滯后相移，使得在不降低ωp1的前提下， 拉長ωp1與 ωp2之間的距離。,,引入幻想零點(diǎn),補(bǔ)償方法：在反饋電阻Rf上并接補(bǔ)償電容Cφ,7.8.2頻率補(bǔ)償,