BLF147从前面的讨论得知,交流负反馈对放大电路性能的影响程度由负反馈深度或环路增益的大小决定,|1+AF|或|AF|越大,放大电路的性能越好。然而反馈过深时,不但不能改善放大电路的性能,反而会使电路产生自激振荡而不能稳定地工作。下面先分析产生自激振荡的原因,研究负反馈放大电路稳定工作的条件,然后介绍消除自激振荡的方法一频率补偿。

负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件,产生自激振荡的原因及条件.

前面讨论的负反馈放大电路都是假定其工作在中频区,这时电路中各个电抗性元件的影响均可忽略。按照定义,引人负反馈后,放大电路的净输人信号Xid将减小,因此,Xf与Xi必然是同相的,即有A+f=2N×180°,n=0,1,2,・・・,(♀a、♀f分别是A、A的相角)。可是,在高频区或低频区,电路中各种电抗性元件的影响不能再被忽略。A、F是频率的函数,它们的幅值和相位都会随频率而变化。相位的改变,使X1与Xi不再同相,产生了附加相移(Δpa+Δ♀f)。可能在某一频率下,A、F的附加相移达到180°,使♀a+♀F=(2N+1)×180°,N=0,1,2,…。这时,Xf与Xi必然由中频区的同相变为反相,使放大电路的净输入信号由中频时的减小而变为增大,放大电路就由负反馈变成了正反馈。当正反馈较强以至XId=-Xf=-AFXId,也就是AF=-1时,即使输人端不加输人信号,输出端也会产生输出信号,电路产生自激振荡,如图7.8.1所示,这时电路会失去正常的放大作用。

由上述分析可知,负反馈放大电路产生自激振荡的条件是环路增益

AF=-1             (7.8,1)

它包括幅值条件和相位条件,即

|AF|=1

♀a+♀F=(2N+1)×180°,N=0,1,2,…      (7.8.2)

为了突出附加相移,相位条件也常写成

Δ♀A+Δ♀f=±180°           (7.8,3)

当幅值条件和相位条件同时满足时,负反馈放大电路就会产生自激振荡。

负反馈放大电路的自激振荡现象,在Δ♀A+Δ♀f=±180°及|AF|>1时,更加容易产生自激振荡。

稳定工作的条件及稳定性分析,由自激振荡的条件可知,如果环路增益Ⅱ户的幅值条件和相位条件不能同时满足,负反馈放大电路就不会产生自条件是当|AF|=1,即201g|AF|=0dB时,|A+F|<180°,或当♀a+♀f=±180°时,|AF|<1,即201g|AF|<0dB。工程上,为了直观地运用这个条件,常用环路增益AF的波特图分析、判断负反馈放大电路是否稳定。

图7.8.2是某负反馈放大电路环路增益AF的近似波特图。图中FO是满足幅值条件|AF|=1,201g|AF|=0dB时的信号频率,F180是满足相位条件pa+♀f=-180°时的信号频率。由此激振荡。故负反馈放大电路稳定工作的201g|AF|VdB图可知,当F=r0,pa+♀f=-180°时, ˉ270有201g|AF|当F=AF,201g|A户|=OdB时, 有  放大电路的环路增益AF的波特图|♀a+PF|<180°。说明幅值条件和相位条件不会同时满足。因此,具有图7.8,2所示环路增益波特图的负反馈放大电路是稳定的,不会产生自激振荡。与此相反,若当F=民。,申d+♀r=-180°时,有201g|AF|≥odB,即|AF|≥1;而当r=U,2o1g|AF|=odB时,有|pa+♀F|≥180°,则会产生自激振荡。

由图7,8,2可见,用环路增益的波特图判断负反馈放大电路是否稳定的方法是:比较F10与F的大小。若r10>U,则负反馈放大电路是稳定的;若yi0它远离自激振荡状态,其远离的程度可用稳定裕度表示,稳定裕度包括增益裕度和相位裕度。

定义y=KO时对应的201g|AF|为增益裕度,用Gltl表示,如图7.8.2所示幅频特性中的标注。Cm的表达式为

Cm=201g|AF|/=H0(dB)          (7.8.4)

稳定的负反馈放大电路的Gm(0dB,一般要求Cm≤-10dB,保证电路有足够的增益裕度。

定义r=元时,|G+♀r|与180°的差值为相位裕度,用田tli表示,如图7.8.2所示相频特性中的标注。田nl的表达式为

Pm=180°- |U‘I+J∫|y=JK                (7.8.5)

稳定的负反馈放大电路的田m>0°,一般要求四m≥45°,保证电路有足够的相位裕度。

在工程实践中,通常要求Cn≤-10dB,或VDD=45°~60°。按此要求设计的放大电路,不仅可以在预定的工作情况下满足稳定条件,而且环境温度、电路参数及电源电压等因素发生变化时,也能满足稳定条件,这样的放大电路才能正常地工作。

应当注意,以上所讨论的负反馈放大电路的稳定性是假定基本放大电路是稳定的。当|负反馈放大电路中的反馈网络由纯电阻构成时,反馈系数户为一常数,

同时有Pf=0°。这种情况下,可以利用开环增益Ⅱ的波特图来判别负反馈放大电路的稳定性。下面举例说明。

设有一负反馈(电压)放大电路,反馈网络由纯电阻构成,基本放大电路为三级直接耦合式放大电路,其Ar的波特图如图7,8.3所示,它有三个极点,H=105 Hz,R2=106 Hz,F3=10Hz。开环增益的带宽由茂1决定,故称茂1为主极点。因反馈系数FJ为常数,故式(7.8.2)中自激振荡的幅值条件|Ⅱ户|=1可写成|A|F=1,201g|AF|=o dB写成201g i A|+201gF=201g|A|-⒛1g(1/F)=0 dB的形式。于是,可在Ⅱy的幅频特性坐标中作出高度为201g(1/Fu)的水平线(称为反馈线),此线与Al、的幅频特性曲线的交点必然满足201g|af|-201g(1/Fu)=0 dB,即|A/f|=1的幅值条件,这时再看该交点所对应的相移|u|的大小及相位裕度的大小。若|a|≤135°,♀m≥45°,则电路稳定。由此可断定,在与图7,8,3相对应的负反馈放大电路中,当取反馈系数Fr=F″l=3×10ˉ5时,反馈线201g(1/Fd)=90dB与Al`的幅频特性曲线相交于vddf点,此时|a|=90°,n=180°-90°=90°,电路是稳定的。

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