高二物理競(jìng)賽課件負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性

負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性

2負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性負(fù)反饋放大電路自激振蕩產(chǎn)生的原因一、自激振蕩產(chǎn)生的原因+＋－在中頻段，由于>0,和的相角A+F=2n（n為整數(shù)）在低頻段，因耦合電容、旁路電容的存在，將產(chǎn)生超前相移；在高頻段，因半導(dǎo)體元件極間電容的存在，將產(chǎn)生滯后相移；這些附加相移，用(’A+’F)來(lái)表示。當(dāng)某一頻率f0的信號(hào)使附加相移’A+’F＝n（n為奇數(shù)）時(shí)，反饋量與中頻段相比產(chǎn)生超前或滯后1800，因而使凈輸入量3輸出量也隨著增大，反饋的結(jié)果使放大倍數(shù)增大。若由于某種電擾動(dòng)，其中含有頻率為f0的信號(hào)，使’A+’F＝±，由此產(chǎn)生了輸出信號(hào)；+＋－由于半導(dǎo)體器件的非線性特性，若電路最終能夠達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即反饋信號(hào)維持著輸出信號(hào)，而輸出信號(hào)又維持著反饋信號(hào)，它們互相依存，則稱電路產(chǎn)生了自激振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩時(shí)，輸出信號(hào)有其特定的頻率f0和一定幅值，且振蕩頻率f0必在電路的低頻段或高頻段。而電路一旦產(chǎn)生自激振蕩將無(wú)法正常放大，稱電路處于不穩(wěn)定狀態(tài)。4二、自激振蕩的平衡條件在電路產(chǎn)生自激振蕩時(shí)，由于與相互維持，所以起振條件+＋－（1）幅值條件：（2）相位條件：（n是整數(shù)）相位條件保證反饋極性為正反饋，振幅條件保證反饋有足夠的強(qiáng)度。56.6.2負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的定性分析設(shè)放大電路采用直接耦合方式，且反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，則電路只可能產(chǎn)生高頻振蕩，且附加相移僅產(chǎn)生于放大電路。在單管放大電路中引入負(fù)反饋，因其產(chǎn)生的最大附加相移為-900，不存在滿足相位條件的頻率，故不可能產(chǎn)生自激振蕩。0°-45°-90°fffH-20dB/十倍頻0°-90°-180°fffH1-40dB/十倍頻在兩級(jí)放大電路中引入負(fù)反饋，當(dāng)頻率從零變化到無(wú)窮大時(shí)，附加相移從00變化到-1800，雖然從理論上存在滿足相位條件的頻率f0，但f0趨于無(wú)窮大，且當(dāng)f=f0時(shí)的值為零，不滿足幅值條件，故不可能產(chǎn)生自激振蕩。620100406080100101102103104f0-20dB/十倍頻-40dB/十倍頻-60dB/十倍頻f/Hz00-450-900-1350-1800-2250-2700ffc在三級(jí)放大電路中引入負(fù)反饋，當(dāng)頻率從零變化到無(wú)窮大時(shí)，附加相移從00變化到-2700，因而存在頻率f0，且當(dāng)f=f0時(shí)，有可能滿足幅值條件，故可能產(chǎn)生自激振蕩。可以推論，四級(jí)、五級(jí)放大電路更易產(chǎn)生自激振蕩，因?yàn)樗鼈円欢ù嬖趂0，且更易滿足幅值條件。因此，實(shí)用電路中以三級(jí)放大電路最常見(jiàn)。放大電路級(jí)數(shù)越多，引入負(fù)反饋后越易產(chǎn)生高頻振蕩。同理，放大電路耦合電容、旁路電容等愈多，引入負(fù)反饋后，愈容易產(chǎn)生低頻振蕩。而且(1+AF)愈大，即反饋愈深，滿足幅值條件的可能性愈大，產(chǎn)生自激振蕩的可能性就愈大。7204060103104105106-20dB/十倍頻-60dB/十倍頻f/Hz00-450-900-1350-1800-2250-2700f86.6.3負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷fffcm-1800-9000Gmf0-270000A+Ffffc-1800-9000f0-270000A+F判定負(fù)反饋放大電路是否穩(wěn)定的方法：（１）若不存在f0，則電路穩(wěn)定。（２）若存在f0，且f0<fc，則電路不穩(wěn)定，必然產(chǎn)生自激振蕩；若存在f0，但f0>fc，則電路穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。9fffcm-1800-9000Gmf0-270000A+F二、穩(wěn)定裕度定義f=f0時(shí)的所對(duì)應(yīng)的為幅值裕度Gm定義f=fc時(shí)的｜A+F｜與1800的差值為相位裕度m穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路的Gm<0，而且|Gm|愈大，電路愈穩(wěn)定。通常認(rèn)為Gm≤-10dB，電路就具有足夠的幅值穩(wěn)定裕度。穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路的m>0，而且m

愈大，電路愈穩(wěn)定。通常認(rèn)為m≥450，電路就具有足夠的相位穩(wěn)定裕度?！镏挥挟?dāng)Gm≤-10dB且m≥450時(shí)，才認(rèn)為負(fù)反饋放大電路具有可靠的穩(wěn)定性。10例1：某負(fù)反饋放大電路的波特圖為：f/HZf/HZfofo60402000-90°-180°

AF(a)產(chǎn)生自激由波特圖中的相頻特性可見(jiàn)，當(dāng)f=f0時(shí)，相位移AF=-180o，滿足相位條件；結(jié)論：當(dāng)f=f0時(shí)，電路同時(shí)滿足自激振蕩的相位條件和幅度條件，將產(chǎn)生自激振蕩。此頻率對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)幅頻特性位于橫坐標(biāo)軸之上，即：11結(jié)論：該負(fù)反饋放大電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，能夠穩(wěn)定工作。例2：由負(fù)反饋放大電路的波特圖可見(jiàn)，當(dāng)f=f0，相位移

AF=-180o時(shí)f/HZf/HZf0f0604020OO-90°-180°

AFfcfc利用波特圖來(lái)判斷自激振蕩(b)不產(chǎn)生自激12f’H1-20dB/十倍頻-40dB/十倍頻-60dB/十倍頻ffH1f