2022-2023学年高二物理竞赛课件：负反馈放大电路的稳定性

负反馈放大电路的稳定性 2 负反馈放大电路的稳定性 负反馈放大电路自激振荡产生的原因 一、自激振荡产生的原因 + ＋ － 在中频段，由于　　>0,　和　的相角A+F=2n（n为整数） 　　在低频段，因耦合电容、旁路电容的存在，　将产生超前相移；在高频段，因半导体元件极间电容的存在，　将产生滞后相移；这些附加相移，用(’A+’F )来表示。当某一频率f0的信号使附加相移’A+’F ＝ n（n为奇数）时，反馈量　与中频段相比产生超前或滞后1800，因而使净输入量 3 输出量　　也随着增大，反馈的结果使放大倍数增大。 若由于某种电扰动，其中含有频率为f0的信号，使’A+’F ＝ ± ，由此产生了输出信号　　； + ＋ － 　　由于半导体器件的非线性特性，若电路最终能够达到动态平衡，即反馈信号维持着输出信号，而输出信号又维持着反馈信号，它们互相依存，则称电路产生了自激振荡 　　电路产生自激振荡时，输出信号有其特定的频率f0和一定幅值，且振荡频率f0必在电路的低频段或高频段。而电路一旦产生自激振荡将无法正常放大，称电路处于不稳定状态。 4 二、自激振荡的平衡条件 在电路产生自激振荡时，由于　与　　相互维持，所以 起振条件 + ＋ － （1）幅值条件： （2）相位条件： （n是整数） 相位条件保证反馈极性为正反馈， 振幅条件保证反馈有足够的强度。 5 6.6.2 负反馈放大电路稳定性的定性分析 　　设放大电路采用直接耦合方式，且反馈网络为纯电阻网络，则电路只可能产生高频振荡，且附加相移仅产生于放大电路。 　　在单管放大电路中引入负反馈，因其产生的最大附加相移为-900，不存在满足相位条件的频率，故不可能产生自激振荡。 0° -45° -90° f  f fH -20dB/十倍频 0° -90° -180° f  f fH1 -40dB/十倍频 　　在两级放大电路中引入负反馈，当频率从零变化到无穷大时，附加相移从00变化到-1800，虽然从理论上存在满足相位条件的频率f0，但f0趋于无穷大，且当f=f0时　　的值为零，不满足幅值条件，故不可能产生自激振荡。 6 20 100 40 60 80 100 101 102 103 104 f0 -20dB/十倍频 -40dB/十倍频 -60dB/十倍频 f/Hz 00 -450 -900 -1350 -1800 -2250 -2700  f fc 　　在三级放大电路中引入负反馈，当频率从零变化到无穷大时，附加相移从00变化到-2700，因而存在频率f0，且当f=f0时　　　，有可能满足幅值条件，故可能产生自激振荡。 　　可以推论，四级、五级放大电路更易产生自激振荡，因为它们一定存在f0 ，且更易满足幅值条件。因此，实用电路中以三级放大电路最常见。 　　放大电路级数越多，引入负反馈后越易产生高频振荡。 同理，放大电路耦合电容、旁路电容等愈多，引入负反馈后，愈容易产生低频振荡。而且(1+AF)愈大，即反馈愈深，满足幅值条件的可能性愈大，产生自激振荡的可能性就愈大。 7 20 40 60 103 104 105 106 -20dB/十倍频 -60dB/十倍频 f/Hz 00 -450 -900 -1350 -1800 -2250 -2700  f 8 6.6.3　负反馈放大电路稳定性的判断 f f fc m -1800 -900 0 Gm f0 -2700 00 A+F f f fc -1800 -900 0 f0 -2700 00 A+F 判定负反馈放大电路是否稳定的方法： （１）若不存在f0 ，则电路稳定。 （２）若存在f0 ，且f0 < fc ，则电路不稳定，必然产生自激振荡；若存在f0 ，但 f0 > fc ，则电路稳定，不会产生自激振荡。 9 f f fc m -1800 -900 0 Gm f0 -2700 00 A+F 二、稳定裕度 定义f=f0时的所对应的　　　　　为幅值裕度Gm 定义f=fc时的｜A+F｜与1800的差值为相位裕度m 　　稳定的负反馈放大电路的Gm <0，而且|Gm|愈大，电路愈稳定。通常认为Gm ≤-10dB ，电路就具有足够的幅值稳定裕度。 　　稳定的负反馈放大电路的m >0，而且m 愈大，电路愈稳定。通常认为 m ≥450 ，电路就具有足够的相位稳定裕度。 ★只有当Gm ≤-10dB且m ≥450时，才认为负反馈放大电路具有可靠的稳定性。 10 例1：某负反馈放大电路的　　波特图为： f / HZ f / HZ fo fo 60 40 20 0 0 -90° -180°  AF 　(a)产生自激 　　由波特图中的相频特性可见，当 f = f0 时，相位移 AF = -180º，满足