放大电路中的反馈负反馈放大电路稳定性与补偿.ppt

模拟电子技术基础模拟电子技术基础北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院主讲主讲：赵建辉：赵建辉第六章第六章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈(4.反馈放大电路稳定性分析反馈放大电路稳定性分析)6.1 反馈的基本概念及判断方法6.2 负反馈放大电路的四种组态6.3 负反馈放大电路方块图与表达式6.4 深度负反馈放大电路放大倍数分析6.5 负反馈对放大电路性能的影响6.6 负反馈放大电路的稳定性6.7 放大电路中其它形式的反馈(了解)第6章 放大电路中的反馈本节课内容 6.放大电路中的反馈重点重点：反馈放大电路频率补偿与估算：反馈放大电路频率补偿与估算难点难点：1.1.稳定性分析与判据稳定性分析与判据 2.2.负反馈频率补偿方法负反馈频率补偿方法(分析思路分析思路)3.3.正反馈在改善性能中的应用正反馈在改善性能中的应用(了解了解)本节重点难点本节重点难点问题提出1.反馈放大电路的自激振荡(稳定性问题)?2.自激振荡的条件？3.如改善反馈放大电路的稳定性能频率补偿？4.负反馈放大电路中可以引入部分正反馈吗?有何好处?复习：负反馈改善放大电路性能 通过通过牺牲放大倍数（缺点）牺牲放大倍数（缺点）,达到达到:稳定输出稳定输出 稳定放大倍数稳定放大倍数 改善输入输出电阻改善输入输出电阻(重点理解重点理解)展宽频带展宽频带 减小器件本身减小器件本身非线性非线性 改善倍数改善倍数:引入负反馈的一般原则类型类型：稳定工作点：稳定工作点Q Q：直流负反馈：直流负反馈 改善改善动态动态特性：交流负反馈特性：交流负反馈极性极性：振荡电路：正反馈：振荡电路：正反馈 改善特性：负反馈改善特性：负反馈组态组态：串联串联反馈反馈:增大增大RiRi，适合，适合电压电压信号源信号源输入输入,减小减小对信号源的负载对信号源的负载并联并联反馈反馈:减小减小RiRi，适合，适合电流电流信号源信号源输入输入,减小减小对信号源的负载对信号源的负载电压电压反馈反馈:减小减小RoRo，适合电压适合电压输出输出,增大增大电压电压带负载带负载(驱动驱动)能力能力.电流电流反馈反馈:增大增大RoRo，适合，适合电流电流输出输出,增大增大电流电流带负载带负载(驱动驱动)能力能力.6.6 负反馈放大电路的稳定性自激振荡自激振荡：负反馈改善放大电路性能负反馈改善放大电路性能,与与反馈深度反馈深度有关有关.但是但是:多级放大多级放大,反馈过深反馈过深,可能引起电路可能引起电路自激振荡自激振荡。现象：现象：输入为零，输出不为零，电路不稳定。输入为零，输出不为零，电路不稳定。原因何在？原因何在？定量分析？定量分析？如何消除？如何消除？负反馈放大电路自激振荡原因及条件一、产生原因：一、产生原因：中频段：中频段：本质：本质：耦合耦合/极间电容导致极间电容导致附加相移附加相移=180=180度度（负反馈（负反馈正反馈）正反馈）低低频段：频段：高高频段：频段：频段：频段：环路倍数环路倍数 环路附加相移环路附加相移 净输入量净输入量 结果结果负负反馈反馈正正反馈反馈正正反馈反馈自激振荡定性分析：自激振荡定性分析：振荡过程：振荡过程：稳定！稳定！(1)(1)(2)(2)(3)=-(3)=-(1)(1)二、自激振荡平衡条件二、自激振荡平衡条件本质：本质：反馈维持输入反馈维持输入即：即：注意：注意：起振条件：起振条件：6.6.2 负反馈放大电路稳定性定性分析假设条件：假设条件：直接耦合（无低频响应问题）直接耦合（无低频响应问题）纯电阻反馈网络（纯电阻反馈网络（）结果：极间电容引起的高频特性（结果：极间电容引起的高频特性（低通低通滞后相移滞后相移）可能可能引起自激振荡。引起自激振荡。一级放大一级放大：稳定（稳定（-90-90o o）两级放大：两级放大：稳定稳定（-180-180-180o o）反馈反馈越深越深(AF(AF越大越大)，自激振荡，自激振荡可能性越大可能性越大!如何消除如何消除6.6.3 负反馈放大电路稳定性判据一、判断方法：一、判断方法：反馈环路反馈环路AFAF的频率响应的频率响应f f0 0为满足为满足相位相位条件频率，条件频率，f fc c为满足为满足幅值幅值条件频率条件频率 1.1.不存在不存在f f0 0(不满足相位条件不满足相位条件)，则电路稳定，则电路稳定 2.2.存在存在f f0 0,f,f0 0fffc c，稳定，稳定定性定性判断判断举例举例f f0 0处附加相移处附加相移:-180:-180度度f fc c处处,AF=1(0dB),AF=1(0dB)存在存在f f0 0，f f0 0fffc c，稳定稳定二、稳定裕度：二、稳定裕度：幅值裕度：幅值裕度：相位裕度：相位裕度：一般要求：一般要求：6.6.4 负反馈放大电路自激振荡消除方法振荡原因：振荡原因：反馈环路反馈环路AFAF的频率响应的频率响应（1 1）减少放大级数）减少放大级数(减小附加相移减小附加相移)（2 2）减小反馈深度（）减小反馈深度（AF1AF RC RC滞后补偿滞后补偿 简单滞后补偿简单滞后补偿例：例：纯电阻纯电阻负反馈负反馈网络，网络，1.f=101.f=103 3Hz,Hz,增益增益/相移？相移？2.2.反馈反馈F=1F=1，是否会自激？，是否会自激？3.3.电路稳定的反馈系数电路稳定的反馈系数 F FMaxMax=?=?解：解：1.f=101.f=103 3Hz,A=60dB(10Hz,A=60dB(103 3倍倍)，相移，相移=4545o o+45+45o o+45+45o o*2 2180180o o？2.f2.f0 0=10=103 3时附加相移时附加相移180180o o，F=1F=1，AF=10AF=103 3，肯定自激！，肯定自激！3.f3.f0 0=10=103 3时时(相移相移180180o o)，A AF1F1，F10F10-3-3，Fmax=0.001Fmax=0.0012 2个个拐点重合拐点重合（-60dB!-60dB!）6.7 放大电路的其它形式的反馈基本基本负反馈：负反馈：4 4种种负反馈组态负反馈组态(电压电压/电流电流/串联串联/并联并联)其它反馈：其它反馈：部分部分正反馈正反馈，改善性能，改善性能 电流电流反馈电路：电流模电路反馈电路：电流模电路(CFA).(CFA).6.7.1 放大电路中的正反馈一一.电压电压-电流电流转化电路转化电路电压并联电压并联负负反馈反馈电流串联电流串联正正反馈反馈电压并联电压并联负负反馈反馈目的：目的：实现实现电压电压-电流电流稳定的比例关系（如稳定的比例关系（如温度温度控制）控制）如如何何分分析析虚短：虚短：i iP P=i=iN N00虚断：虚断：uP P uN N=uRLRLi io ou uIu u0 0思路：思路：时时两种转换电两种转换电路比较路比较优点：（负反馈优点：（负反馈+正反馈）正反馈）负载接地（负载接地（“实地实地”）实用需求实用需求缺点：（负反馈）缺点：（负反馈）电路复杂。换取：电流驱动能力增强！电路复杂。换取：电流驱动能力增强！R Ro o 但是需要电阻严格比例关系。但是需要电阻严格比例关系。二二.自举自举电路电路电压串联电压串联负负反馈反馈（R4）电压并联电压并联正正反馈反馈（R4+C2）自举自举：通过反馈使输入端：通过反馈使输入端动态电位动态电位升高升高输入端输入端UI等效输入电阻增等效输入电阻增加加6.7.2 电流反馈运算放大电路电压模（电压模（VFAVFA）电路：电路：电压作为输入输出参量电压作为输入输出参量(受到电压范围限制受到电压范围限制)电流模（电流模（CFACFA）电路：电路：电流作为输入，电压作为输出参量（互阻放大）电流作为输入，电压作为输出参量（互阻放大）更好的更好的速度速度/精度精度/带宽带宽/线性度线性度 作业P306:P306:6.176.176.206.20