BLF147從前面的討論得知,交流負反饋對放大電路性能的影響程度由負反饋深度或環路增益的大小決定,|1+AF|或|AF|越大,放大電路的性能越好。然而反饋過深時,不但不能改善放大電路的性能,反而會使電路產生自激振蕩而不能穩定地工作。下面先分析產生自激振蕩的原因,研究負反饋放大電路穩定工作的條件,然后介紹消除自激振蕩的方法一頻率補償。

負反饋放大電路的自激振蕩及穩定工作的條件,產生自激振蕩的原因及條件.

前面討論的負反饋放大電路都是假定其工作在中頻區,這時電路中各個電抗性元件的影響均可忽略。按照定義,引人負反饋后,放大電路的凈輸人信號Xid將減小,因此,Xf與Xi必然是同相的,即有A+f=2N×180°,n=0,1,2,・・・,(♀a、♀f分別是A、A的相角)。可是,在高頻區或低頻區,電路中各種電抗性元件的影響不能再被忽略。A、F是頻率的函數,它們的幅值和相位都會隨頻率而變化。相位的改變,使X1與Xi不再同相,產生了附加相移(Δpa+Δ♀f)。可能在某一頻率下,A、F的附加相移達到180°,使♀a+♀F=(2N+1)×180°,N=0,1,2,…。這時,Xf與Xi必然由中頻區的同相變為反相,使放大電路的凈輸入信號由中頻時的減小而變為增大,放大電路就由負反饋變成了正反饋。當正反饋較強以至XId=-Xf=-AFXId,也就是AF=-1時,即使輸人端不加輸人信號,輸出端也會產生輸出信號,電路產生自激振蕩,如圖7.8.1所示,這時電路會失去正常的放大作用。

由上述分析可知,負反饋放大電路產生自激振蕩的條件是環路增益

AF=-1             (7.8,1)

它包括幅值條件和相位條件,即

|AF|=1

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

為了突出附加相移,相位條件也常寫成

Δ♀A+Δ♀f=±180°           (7.8,3)

當幅值條件和相位條件同時滿足時,負反饋放大電路就會產生自激振蕩。

負反饋放大電路的自激振蕩現象,在Δ♀A+Δ♀f=±180°及|AF|>1時,更加容易產生自激振蕩。

穩定工作的條件及穩定性分析,由自激振蕩的條件可知,如果環路增益Ⅱ戶的幅值條件和相位條件不能同時滿足,負反饋放大電路就不會產生自條件是當|AF|=1,即201g|AF|=0dB時,|A+F|<180°,或當♀a+♀f=±180°時,|AF|<1,即201g|AF|<0dB。工程上,為了直觀地運用這個條件,常用環路增益AF的波特圖分析、判斷負反饋放大電路是否穩定。

圖7.8.2是某負反饋放大電路環路增益AF的近似波特圖。圖中FO是滿足幅值條件|AF|=1,201g|AF|=0dB時的信號頻率,F180是滿足相位條件pa+♀f=-180°時的信號頻率。由此激振蕩。故負反饋放大電路穩定工作的201g|AF|VdB圖可知,當F=r0,pa+♀f=-180°時, ˉ270有201g|AF|當F=AF,201g|A戶|=OdB時, 有  放大電路的環路增益AF的波特圖|♀a+PF|<180°。說明幅值條件和相位條件不會同時滿足。因此,具有圖7.8,2所示環路增益波特圖的負反饋放大電路是穩定的,不會產生自激振蕩。與此相反,若當F=民。,申d+♀r=-180°時,有201g|AF|≥odB,即|AF|≥1;而當r=U,2o1g|AF|=odB時,有|pa+♀F|≥180°,則會產生自激振蕩。

由圖7,8,2可見,用環路增益的波特圖判斷負反饋放大電路是否穩定的方法是:比較F10與F的大小。若r10>U,則負反饋放大電路是穩定的;若yi0它遠離自激振蕩狀態,其遠離的程度可用穩定裕度表示,穩定裕度包括增益裕度和相位裕度。

定義y=KO時對應的201g|AF|為增益裕度,用Gltl表示,如圖7.8.2所示幅頻特性中的標注。Cm的表達式為

Cm=201g|AF|/=H0(dB)          (7.8.4)

穩定的負反饋放大電路的Gm(0dB,一般要求Cm≤-10dB,保證電路有足夠的增益裕度。

定義r=元時,|G+♀r|與180°的差值為相位裕度,用田tli表示,如圖7.8.2所示相頻特性中的標注。田nl的表達式為

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

穩定的負反饋放大電路的田m>0°,一般要求四m≥45°,保證電路有足夠的相位裕度。

在工程實踐中,通常要求Cn≤-10dB,或VDD=45°~60°。按此要求設計的放大電路,不僅可以在預定的工作情況下滿足穩定條件,而且環境溫度、電路參數及電源電壓等因素發生變化時,也能滿足穩定條件,這樣的放大電路才能正常地工作。

應當注意,以上所討論的負反饋放大電路的穩定性是假定基本放大電路是穩定的。當|負反饋放大電路中的反饋網絡由純電阻構成時,反饋系數戶為一常數,

同時有Pf=0°。這種情況下,可以利用開環增益Ⅱ的波特圖來判別負反饋放大電路的穩定性。下面舉例說明。

設有一負反饋(電壓)放大電路,反饋網絡由純電阻構成,基本放大電路為三級直接耦合式放大電路,其Ar的波特圖如圖7,8.3所示,它有三個極點,H=105 Hz,R2=106 Hz,F3=10Hz。開環增益的帶寬由茂1決定,故稱茂1為主極點。因反饋系數FJ為常數,故式(7.8.2)中自激振蕩的幅值條件|Ⅱ戶|=1可寫成|A|F=1,201g|AF|=o dB寫成201g i A|+201gF=201g|A|-⒛1g(1/F)=0 dB的形式。于是,可在Ⅱy的幅頻特性坐標中作出高度為201g(1/Fu)的水平線(稱為反饋線),此線與Al、的幅頻特性曲線的交點必然滿足201g|af|-201g(1/Fu)=0 dB,即|A/f|=1的幅值條件,這時再看該交點所對應的相移|u|的大小及相位裕度的大小。若|a|≤135°,♀m≥45°,則電路穩定。由此可斷定,在與圖7,8,3相對應的負反饋放大電路中,當取反饋系數Fr=F″l=3×10ˉ5時,反饋線201g(1/Fd)=90dB與Al`的幅頻特性曲線相交于vddf點,此時|a|=90°,n=180°-90°=90°,電路是穩定的。

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