《模電負(fù)反饋技術(shù)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《模電負(fù)反饋技術(shù)（26頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)6.5.2 負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性 負(fù)反饋可以改善放大電路的各種特性負(fù)反饋可以改善放大電路的各種特性 降低放大倍數(shù)降低放大倍數(shù)對于多級放大電路而言，負(fù)反饋深度太深對于多級放大電路而言，負(fù)反饋深度太深可能會引起放大電路產(chǎn)生自激振蕩，使放可能會引起放大電路產(chǎn)生自激振蕩，使放大電路失去放大作用，不能正常工作大電路失去放大作用，不能正常工作 但負(fù)反饋也但負(fù)反饋也會給放大電路帶來一些不利會給放大電路帶來一些不利的影響的影響.2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)1負(fù)反饋放大電路自激振蕩的條件和判斷方法負(fù)反饋放大電路自激振蕩的條件和判斷方法 （1）自激振蕩自激振

2、蕩)()(1)()(sBsAsAsAf 0)()(1 sBsA0)()()(sXsXsAiof)()()(sAsXsXfoi 0)(sXo說明當(dāng)說明當(dāng)Xi(s)=0時，時，Xo0，表示此時放大電路即表示此時放大電路即使沒有外加輸入信號，也有一定的輸出信號，使沒有外加輸入信號，也有一定的輸出信號，放大電路的這種狀態(tài)稱為自激振蕩。放大電路的這種狀態(tài)稱為自激振蕩。0)()(1 sBsA（2 2）自激振蕩條件）自激振蕩條件 1)()(sBsAsT 1)()(jBjAjT電路就會由負(fù)反饋變?yōu)檎答?，使放大電路產(chǎn)電路就會由負(fù)反饋變?yōu)檎答仯狗糯箅娐樊a(chǎn)生自激振蕩生自激振蕩 正反饋正反饋幅度條件幅度條件 1

3、)()()(jBjAjT相位條件相位條件 180)()()(BAT充分條件充分條件 必要條件必要條件 要使負(fù)反饋系統(tǒng)不產(chǎn)生自激要使負(fù)反饋系統(tǒng)不產(chǎn)生自激,穩(wěn)定工作的條件穩(wěn)定工作的條件:180)(T1)(jT不滿足振幅條件不滿足振幅條件 1)(jT180)(T不滿足相位條件不滿足相位條件 2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)(3)用環(huán)路增益波特圖判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性用環(huán)路增益波特圖判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 20lgT(j)0)0則則 稱為增益交叉頻率稱為增益交叉頻率 1)(ojT 180)(To 則則 稱為相位交叉頻率稱為相位交叉頻率 20lgT(j)0dBo0o-90oT T(j)(j)-180oo 自

4、激振蕩自激振蕩負(fù)反饋負(fù)反饋 1)(ojT o 自激振蕩自激振蕩20lgT(j)0dB0o-90oT T(j)(j)-180o0o-90oT T(j)(j)-180oo20lgT(j)0dBoo 不會自激振蕩不會自激振蕩0)(lg20 ojT 2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)二、穩(wěn)定裕度二、穩(wěn)定裕度 (Stability Margin)(Stability Margin)反映負(fù)反饋放大器遠(yuǎn)離自激程度的物理量反映負(fù)反饋放大器遠(yuǎn)離自激程度的物理量1 1相位裕度相位裕度 定 義定 義:在在 T(j )波 特 圖 上波 特 圖 上,T(jo)=0db點對應(yīng)的點對應(yīng)的T(jo)與與(-180o)的差值的差

5、值,稱為相位裕稱為相位裕度度m,即即 )180()(00 Tm)(18000 T 00m45 mGdB)(jT-45o-90o-135o-180o)(T為使反饋系統(tǒng)穩(wěn)定工作為使反饋系統(tǒng)穩(wěn)定工作,要求要求:m45o 一般取一般取:m=45o 60o 2 增益裕度增益裕度Gm 定義定義:在在T(j)波特圖上波特圖上,T(jo)=(-180o)點對點對應(yīng)的應(yīng)的|T(jo)|的數(shù)值的數(shù)值.)(lg20 jTGm 為使反饋系統(tǒng)穩(wěn)定工作為使反饋系統(tǒng)穩(wěn)定工作,要求要求:|:|Gm|=10-20dB一般一般:只有環(huán)路增益幅頻波只有環(huán)路增益幅頻波特圖以特圖以-20dB/十倍頻速率十倍頻速率穿越穿越0dB軸時軸時

6、,閉環(huán)系統(tǒng)才閉環(huán)系統(tǒng)才是穩(wěn)定的是穩(wěn)定的.00m45 mGdB)(jT-45o-90o-135o-180o)(T2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)二、穩(wěn)定裕度二、穩(wěn)定裕度 (Stability Margin)(Stability Margin)3 利用開環(huán)增益的波特圖判斷放大器的穩(wěn)定性利用開環(huán)增益的波特圖判斷放大器的穩(wěn)定性.對于深度負(fù)反饋放大系統(tǒng)對于深度負(fù)反饋放大系統(tǒng),且反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻性且反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻性網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò).B(j)=B.B(j)=B 閉環(huán)增益閉環(huán)增益:(在中頻和低頻情況下在中頻和低頻情況下)B1jB1jBjA1jAjAf )()()()()(又又環(huán)路增益環(huán)路增益T(j)=(j)=A(j

7、)B(j)B 而環(huán)路增益為而環(huán)路增益為0dB的點的點:|T(j(jo o)|=|)|=|A(j(jo o)B|=1)B|=1 )(1)(ofojABjA 結(jié)論結(jié)論:開環(huán)增益開環(huán)增益A(j)(j)的幅頻波特圖的幅頻波特圖BjAof1)(與閉環(huán)增益與閉環(huán)增益的波特圖的波特圖的交點即為環(huán)路增益的的交點即為環(huán)路增益的0dB0dB點點,即即T(j(jo o)=0)=0的點的點.0dBjA)(lg20 dB)(jTdBjT)(lg20 0B12022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)-9 00/十倍十倍頻頻01 110 100 100020806040f(KHz)dBjA)(例例:設(shè)某極大器的開環(huán)增益為一個三極點放

8、大系統(tǒng)設(shè)某極大器的開環(huán)增益為一個三極點放大系統(tǒng).)1001)(101)(11(10000)1)(1)(1()(321KHzfjKHzfjKHzfjffjffjffjAjA 如果反饋系統(tǒng)如果反饋系統(tǒng)B=0.001 10001)(BjAf dB60dBjAf)(-45O-180O-90O-135O-225O-270Of(KHz)-450/十倍頻十倍頻-450/十 倍十 倍頻頻Af=1/B-20dB/十倍頻十倍頻-40dB/十十倍頻倍頻-60dB/十倍頻十倍頻a(-135o)dBdBjT0)(om45 穩(wěn)定穩(wěn)定1000,10001 fAB穩(wěn)定穩(wěn)定1000,10001 fAB不穩(wěn)定不穩(wěn)定om45 om

9、45 結(jié)論結(jié)論:開環(huán)增益開環(huán)增益A(j)的幅的幅頻波特圖只有環(huán)路增益頻波特圖只有環(huán)路增益幅頻波特圖以幅頻波特圖以-20dB/十十倍頻速率穿越倍頻速率穿越Af=1/B直直線時線時,閉環(huán)系統(tǒng)才是穩(wěn)定閉環(huán)系統(tǒng)才是穩(wěn)定的的.2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)相位補償原理與技術(shù)相位補償原理與技術(shù)由上分析可知由上分析可知,負(fù)反饋越深負(fù)反饋越深,放大器的性能改善越高放大器的性能改善越高,但但也越容易自激振蕩也越容易自激振蕩,為了提高放大器在深度負(fù)反饋條為了提高放大器在深度負(fù)反饋條件下的工作穩(wěn)定性件下的工作穩(wěn)定性,一般采用相位補償法來消振一般采用相位補償法來消振,即外即外加一些電容加一些電容,電阻元件來校正放大

10、器的開環(huán)頻率特性電阻元件來校正放大器的開環(huán)頻率特性,增大相位裕度增大相位裕度,破壞自激振蕩的條件破壞自激振蕩的條件,以保證閉環(huán)穩(wěn)定以保證閉環(huán)穩(wěn)定工作工作.1.主極點補償主極點補償(電容滯后補償電容滯后補償)方法方法:在放大器中時間常在放大器中時間常數(shù)最大的那一級里并接數(shù)最大的那一級里并接補償電容補償電容C,以使高頻增以使高頻增益下降更多來達(dá)到穩(wěn)定益下降更多來達(dá)到穩(wěn)定工作的工作的目的目的.)1001)(101)(11(10000)1)(1)(1()(321KHzfjKHzfjKHzfjffjffjffjAjA Af=1/B-45O-180O-90O-135O-225O-270Of(KHz)01

11、110 100 100020806040f(KHz)dBjA)(101B a(-225o)000m45225180 )(閉環(huán)后必自激閉環(huán)后必自激.a(-135o)01 110 100 100020806040f(KHz)dBjA)(a3(-225o)a2(-135o)a1(-45o)Af=1/Ba2(-135o)a1(-45o)a3(-225o)補償后的開環(huán)增補償后的開環(huán)增益函數(shù)為益函數(shù)為 )()(.()()()(KHZ100fj1KHZ10fj1KHZ010fj110000ffj1ffj1ffj110000jA321 0.01 補償電容來補償電容來改變第一極改變第一極點的值點的值 可 見 單

12、 純 電可 見 單 純 電容補償是以犧容補償是以犧牲帶寬來換取牲帶寬來換取穩(wěn)定的。穩(wěn)定的。2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)相位補償原理與技術(shù)相位補償原理與技術(shù)補償電容補償電容C值的計算：值的計算：C A2A1RO1Ri 2CO1O1Ci2i2)(212012011iiCCCRRf )(212011iRRfC )1)(1)(1(10000)(321ffjffjffjjA kk2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)-40dB/十倍十倍頻頻-20dB/十倍頻十倍頻A1A2二零極點對消二零極點對消RC滯后補償滯后補償方法：在開環(huán)增益方法：在開環(huán)增益A(j)中引入一個零點，該零點與中引入一個零點，該零點與A(

13、j)的一的一個極點相抵消，從而可使放大器在補償后個極點相抵消，從而可使放大器在補償后的頻帶損失較小的頻帶損失較?。篴（-225o）20806040 0.1f11f110f2100f31000f(KHz)(-135o)f（-180-180o o）Af=1/B-45o001ba2(-135o)在放大器時間常數(shù)最大的一級輸出端并接在放大器時間常數(shù)最大的一級輸出端并接RCRC串聯(lián)補串聯(lián)補償網(wǎng)絡(luò)償網(wǎng)絡(luò) CR CRRjCRjCjRRCjRuuARC)(111112 u2 CRu1 u1 R CR21fCRR21f21 )(12RCffj1ffj1A 可見，原來的極點可見，原來的極點f1變成變成f1 ，并引

14、進(jìn)了一個零點，并引進(jìn)了一個零點f2頻率頻率 2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)A1A2CR)()()(321ffj1ffj1ffj1AjfA a（-225o）20806040 0.1f11f110f2100f31000f(KHz)(-135o)f（-180-180o o）Af=1/B-45o001b22ff 例：若設(shè)原來的開環(huán)增益表達(dá)式為：例：若設(shè)原來的開環(huán)增益表達(dá)式為：如果選擇如果選擇R R、C C的值，的值，使使 )()(31ffj1ffj1AjfA 零極點相抵消，則開環(huán)增零極點相抵消，則開環(huán)增益的表達(dá)式為：益的表達(dá)式為：)()()()(3212ffj1ffj1ffj1ffj1AjfA 那么

15、加那么加RC補償后的開環(huán)增補償后的開環(huán)增益表達(dá)式為：益表達(dá)式為：2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)uoRc1isRsT1RLRc2RfT2Re2oR iR 反饋環(huán)內(nèi)負(fù)反饋的輸入輸出電阻反饋環(huán)內(nèi)負(fù)反饋的輸入輸出電阻ABRRiif 1并聯(lián)負(fù)反饋并聯(lián)負(fù)反饋串聯(lián)負(fù)反饋串聯(lián)負(fù)反饋 iifRABR 1電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋電壓負(fù)反饋電壓負(fù)反饋ABRRoof 1 oofRABR 12022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)R1RC1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+EC【例【例2 2】電路的級間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估】電路的級間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估算電路的閉環(huán)電壓增益。算電路的閉環(huán)電壓增益。反饋

16、組態(tài)：電流并聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)：電流并聯(lián)負(fù)反饋e2eF2efiRRRi 2122)(eeFCufRRRRRA ie2ofXXB 2efii 22eFeRRR ioufuuA ssLoRiRi 12RRAcf is=ui/R1R11RiRisco 121RRBc 令輸入端口短路令輸入端口短路2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)R1RC1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+EC反饋組態(tài)：電流并聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)：電流并聯(lián)負(fù)反饋ioufuuA ssLoRiRi 122RiRifcc ic2is=ui/R1R11222RRRRRCeeF 2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)R1RC1uO-uiRe2+-

17、RFRe1RC2C2C1+EC01 ABRRiif并聯(lián)負(fù)反饋并聯(lián)負(fù)反饋電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋 oofRABR 111RRRRifif 23/cofcofRRRR iRoR2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)【例【例3 3】電路的級間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估】電路的級間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估算電路的閉環(huán)電壓增益。算電路的閉環(huán)電壓增益。反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidifRC3+-+-uOis=ui/R1R1FOfRui ofXXB ofui FR1 iOufuuA 1RiusO 11RAf 111RB 1FRR 令輸

18、入端口短路令輸入端口短路2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidifRC3+-+-uO反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋iOufuuA 1RiusO is=ui/R1R11RiufO 1RRF 2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidifRC3+-+-uOififRRR 11R 反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋iRoR0/3 ofcofRRR2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)【例【例3 3】電路的級間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，】電路的級間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估

19、算電路的閉環(huán)電壓增益。試估算電路的閉環(huán)電壓增益。反饋組態(tài)：反饋組態(tài)：RC1RC2R1uiR1RemRe3+EC-EERFiiidifRC3+-+-uO;iifi;0id FOfRui i1iiRu 1FORRu iOufuuA 1FOORRuu 1FRR 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)【例【例4 4】電路的級間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試】電路的級間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估算電路的閉環(huán)電壓增益。估算電路的閉環(huán)電壓增益。反饋組態(tài)反饋組態(tài)ufuB1A OF1e1efuRRRu OFuuuB Rb1RC1-uiuO+VCC+-Re2RC2Re1RFCF+-uf+-ud

20、F1e1eRRR ufuB1A 1eF1eRRR 1eFRR1 解法解法1 1：利用關(guān)系式：利用關(guān)系式令輸入端口斷路令輸入端口斷路電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)【例【例4 4】電路的級間反饋滿足深度負(fù)反饋條】電路的級間反饋滿足深度負(fù)反饋條件，試估算電路的閉環(huán)電壓增益。件，試估算電路的閉環(huán)電壓增益。反饋組態(tài)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋;uufi;0ud Rb1RC1-uiuO+VCC+-Re2RC2Re1RFCF+-uf+-udOF1e1efuRRRu iOufuuA OF1e1eOuRRRu 1eFRR1 解法解法2：利用關(guān)系式：利用關(guān)系式2022-7

21、-21模電負(fù)反饋技術(shù)Rb1RC1-uiuO+VCC+-Re2RC2Re1RFCF+-uf+-ud【例【例5 5】試估算電路的試估算電路的Rif、ROf。OfifR;R 假設(shè)反饋環(huán)路內(nèi)的輸入、輸出電阻分別為：假設(shè)反饋環(huán)路內(nèi)的輸入、輸出電阻分別為：由圖可知，反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，所以由圖可知，反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，所以有：有：;0R;ROfif if1bifR/RR 1bR 0R/RROfCOf 2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)【例【例6 6】試估算電路的試估算電路的Rif、ROf。OfifR;R 假設(shè)反饋環(huán)路內(nèi)的輸入、輸假設(shè)反饋環(huán)路內(nèi)的輸入、輸出電阻分別為：出電阻分別為：由圖可知，反饋組

22、態(tài)為電由圖可知，反饋組態(tài)為電流并聯(lián)負(fù)反饋，所以有：流并聯(lián)負(fù)反饋，所以有：;R;0ROfif 1if1ifRRRR 2COf2COfRR/RR R1RC1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+EC2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)Rc1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+ECRb1Re3Rc3反饋組態(tài)反饋組態(tài) 電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋令輸入端口（反饋端）斷開令輸入端口（反饋端）斷開解法解法1 1：求反饋系數(shù)：求反饋系數(shù)ofXXB ofiu-uf+ie3ie1311eeeiRi 123331eceeeeRRRRii B12313eceeeRRRRR iLouRi icouRi3

23、 3cfRA ioufuuA BRc 3 133123eececeRRRRRR 2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)Rc1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+ECRb1Re3Rc3反饋組態(tài)反饋組態(tài) 電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋令輸入端口（反饋端）斷開令輸入端口（反饋端）斷開解法解法2 2：iLouRi iccuRi33 ioufuuA fccuRi33 -uf+ie211eefRiu 123133eceeeeRRRRRi ie1 133123eececeRRRRRR ioufuuA 2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)Rc1uO-uiRe2+-RFRe1RC2C2C1+ECRb1Re3Rc3

24、iR串聯(lián)負(fù)反饋串聯(lián)負(fù)反饋 iifRABR 1 ifbifRRR /1電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋 oofRABR 1oR 33/cofcofRRRR 1bR 2022-7-21模電負(fù)反饋技術(shù)Rf例：電路如圖所示例：電路如圖所示 1)為引入串聯(lián)負(fù)反饋，為引入串聯(lián)負(fù)反饋，M，N中哪一點和中哪一點和P點相連，點相連，K點接到何處？點接到何處？T1T2T3T4+15V-15VRcRcRLKR1R1ReMNPb1b21)K點接到點接到T2的的基極基極b2 M點接到點接到P點點2)設(shè)為深度負(fù)反饋，設(shè)為深度負(fù)反饋，求求Auf 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋BAAfuf1 ufuoofXXB ofuu 11RRRf 11RRRf 令輸入端口斷開令輸入端口斷開ioufuuA fiXX 11RRRuuffo ifR0 ofR串聯(lián)型反饋，將（輸入）串聯(lián)型反饋，將（輸入）反饋反饋端短路斷開端短路斷開電壓型反饋，將（放大器）三極管輸出端短路（接地）電壓型反饋，將（放大器）三極管輸出端短路（接地）