負反饋放大電路的自激與頻率補償課件

1、負反饋放大電路的自激與頻率補償課件5.3.1 負反饋放大電路的自激振蕩條件負反饋放大電路的自激振蕩條件幅度條件幅度條件1 . FA條件條件 180 fa 幅度起振條件幅度起振條件1 . FA起振條件起振條件 180 fa 附加相移附加相移幅度平衡條件幅度平衡條件1 . FA相位平衡條件相位平衡條件 180 fa 幅度起振條件幅度起振條件1 . FA相位起振條件相位起振條件 180 fa 1 . FA 180 fa 5.3.1 負反饋放大電路的自激振蕩條件負反饋放大電路的自激振蕩條件f.id.o.f.id.o. 1XXXXXXFA 即即id.f. 1XXFA 則則f.Xi.Xo.Xid.X5.3

2、.2 負反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷負反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷一一、判斷方法判斷方法產(chǎn)生自激振蕩產(chǎn)生自激振蕩1 . FA是否滿足是否滿足 且且 180 fa dB0 20lg. FA1 . FA 即即一一、判斷方法判斷方法產(chǎn)生自激振蕩產(chǎn)生自激振蕩不產(chǎn)生自激振蕩不產(chǎn)生自激振蕩dB 0 20lg. FA1 . FA即即5.3.2 負反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷負反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷二、穩(wěn)定裕度二、穩(wěn)定裕度1. 增益裕度增益裕度 Gm2. 相位裕度相位裕度m 指指頻率處的環(huán)路增益分貝值頻率處的環(huán)路增益分貝值 180 fa 時對應(yīng)時對應(yīng)通常要求通常要求dB10 mG二、穩(wěn)定裕度二、穩(wěn)定裕度1. 增益裕度增

3、益裕度 Gm2. 相位裕度相位裕度m 指指頻率處的環(huán)路增益分貝值頻率處的環(huán)路增益分貝值 180 fa 時對應(yīng)時對應(yīng)通常要求通常要求dB10 mG指指環(huán)路附加相移絕對值與環(huán)路附加相移絕對值與180 的差值的差值時對應(yīng)頻率處時對應(yīng)頻率處dB0lg20. FAcff fam180 通常要求通常要求 45m 反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)時判斷穩(wěn)定的簡便方法反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)時判斷穩(wěn)定的簡便方法 在開環(huán)幅頻特性圖中作高度為在開環(huán)幅頻特性圖中作高度為 的水平線（稱的水平線（稱之反饋線），與幅頻特性曲線相交，根據(jù)交點所對應(yīng)的附加之反饋線），與幅頻特性曲線相交，根據(jù)交點所對應(yīng)的附加相移相移 a a 是否小于是否小于

4、180180 來判別電路是否穩(wěn)定。若小于來判別電路是否穩(wěn)定。若小于180180 ，則穩(wěn)定，否則不穩(wěn)定。則穩(wěn)定，否則不穩(wěn)定。./1lg20F 直接利用開環(huán)幅頻特性進行判斷：直接利用開環(huán)幅頻特性進行判斷：./1lg20lg20FA 1 020lg . FAFA，即即反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)時判斷穩(wěn)定性舉例反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)時判斷穩(wěn)定性舉例穩(wěn)定穩(wěn)定 穩(wěn)定穩(wěn)定 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 可見：可見： 反饋系數(shù)反饋系數(shù)F 越大即反饋越深，越大即反饋越深，則越易自激。則越易自激。反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)時判斷穩(wěn)定性舉例反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)時判斷穩(wěn)定性舉例 若能使反饋線與若能使反饋線與開環(huán)幅頻特性曲線開環(huán)幅頻特

5、性曲線交于交于 20dB /十倍頻十倍頻 的區(qū)域，則可有的區(qū)域，則可有 a 135 ，即有，即有45 及以上相位裕量，及以上相位裕量，使電路穩(wěn)定。使電路穩(wěn)定。 a 135 一般應(yīng)使水平線一般應(yīng)使水平線 與開環(huán)幅頻特性曲線相交于與開環(huán)幅頻特性曲線相交于 20dB /十倍頻程十倍頻程 的區(qū)域，這樣通常可的區(qū)域，這樣通?？捎胁恍∮谟胁恍∮?5 的相位裕的相位裕量，使電路穩(wěn)定。量，使電路穩(wěn)定。./1lg20F設(shè)計負反饋放大電路的重要原則之一：設(shè)計負反饋放大電路的重要原則之一：例例某負反饋放大電路中，開環(huán)頻率特性如圖所示，設(shè)某負反饋放大電路中，開環(huán)頻率特性如圖所示，設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，為保證電路穩(wěn)定

6、工作，試反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，為保證電路穩(wěn)定工作，試確定反饋系數(shù)的最大值。確定反饋系數(shù)的最大值。解：解： 為保證可靠穩(wěn)定，設(shè)為保證可靠穩(wěn)定，設(shè) 相位裕量為相位裕量為45 ，則，則 由圖可得由圖可得: :4maxmax10dB801lg20 FF 135 5.3.3 集成運算放大器的頻率補償集成運算放大器的頻率補償 頻率補償即在電路中接入一些電容、電阻元件，改變放大頻率補償即在電路中接入一些電容、電阻元件，改變放大電路開環(huán)增益在高頻段的相頻特性，使電路具有足夠的穩(wěn)定裕電路開環(huán)增益在高頻段的相頻特性，使電路具有足夠的穩(wěn)定裕量，故頻率補償也稱相位補償。量，故頻率補償也稱相位補償。 常用措施：常用措施

7、：電容滯后補償或電容滯后補償或稱簡單電容補償稱簡單電容補償RC 滯后補償滯后補償密勒效應(yīng)補償密勒效應(yīng)補償2i2i1o1H)/(21CRRf 簡單電容補償方法：簡單電容補償方法： 補償電容加于上限補償電容加于上限頻率最低的那個放大器頻率最低的那個放大器的輸入端，使反饋線只的輸入端，使反饋線只能處于開環(huán)幅頻特性曲能處于開環(huán)幅頻特性曲線斜率為線斜率為 20dB /十倍十倍頻頻 的區(qū)域。的區(qū)域。)(/(212i2i1oHCCRRf 由于反饋線只能在橫軸上方，由于反饋線只能在橫軸上方，因此補償后，能穩(wěn)定。因此補償后，能穩(wěn)定。以簡單電容補償為例說明頻率補償原理以簡單電容補償為例說明頻率補償原理*討論討論負

8、反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的主要原因是什么？負反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的主要原因是什么？如何預(yù)防或消除之？如何預(yù)防或消除之？ 答：由于放大電路在高頻段和低頻段存在附加相移，當負反饋答：由于放大電路在高頻段和低頻段存在附加相移，當負反饋放大電路中環(huán)路增益的附加相移達到放大電路中環(huán)路增益的附加相移達到 180 時，就將負反饋變成時，就將負反饋變成正反饋，若環(huán)路增益的幅值還滿足正反饋，若環(huán)路增益的幅值還滿足 ，就會產(chǎn)生自激，就會產(chǎn)生自激振蕩，這是負反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的主要原因。負反饋振蕩，這是負反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的主要原因。負反饋放大電路級數(shù)越多，反饋越深，產(chǎn)生自激振蕩的可能性就越大。放大

9、電路級數(shù)越多，反饋越深，產(chǎn)生自激振蕩的可能性就越大。 1. FA 要預(yù)防或消除自激振蕩，就必須破壞產(chǎn)生振蕩的條件。要預(yù)防或消除自激振蕩，就必須破壞產(chǎn)生振蕩的條件。對高頻自激振蕩，通常采用頻率補償。對阻容耦合方式構(gòu)成的對高頻自激振蕩，通常采用頻率補償。對阻容耦合方式構(gòu)成的負反饋放大電路，所用耦合電容和旁路電容的數(shù)目越多，則產(chǎn)負反饋放大電路，所用耦合電容和旁路電容的數(shù)目越多，則產(chǎn)生低頻自激振蕩的可能性越大，對付由此引起的低頻振蕩可通生低頻自激振蕩的可能性越大，對付由此引起的低頻振蕩可通過適當改變耦合電容和旁路電容的電容量。對因電源耦合引起過適當改變耦合電容和旁路電容的電容量。對因電源耦合引起的低頻

10、自激振蕩，通常采用電源去耦電路。的低頻自激振蕩，通常采用電源去耦電路。AudAudAud0.5V/ s)/(lg20NPOuuu cd/lg20uuAABNBPII 2/ )(BNBPII maxod/dtu 5.3.4 集成運算放大器的高頻參數(shù)集成運算放大器的高頻參數(shù)它們限制了運放應(yīng)用電路的最高工作頻率。它們限制了運放應(yīng)用電路的最高工作頻率。一一、小信號頻率參數(shù)小信號頻率參數(shù)1. 開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BW2. 單位增益帶寬單位增益帶寬BWGf / Hz20lgAud /dBf H=BWOf c=BWG BWG= Aud BW = Auf BWf帶寬增益積帶寬增益積 =可見：可見： BWf 受到受

11、到BWG 和和Auf 的限制。的限制。 5.3.4 集成運算放大器的高頻參數(shù)集成運算放大器的高頻參數(shù) 開環(huán)放大倍數(shù)與開環(huán)放大倍數(shù)與開環(huán)帶寬之積開環(huán)帶寬之積 所構(gòu)成的負反饋放大電路的所構(gòu)成的負反饋放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)與閉環(huán)帶寬之積閉環(huán)放大倍數(shù)與閉環(huán)帶寬之積一一、小信號頻率參數(shù)小信號頻率參數(shù)1. 開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BW2. 單位增益帶寬單位增益帶寬BWGf / Hz20lgAud /dBf H=BWOf c=BWG BWG= Aud BW = Auf BWf帶寬增益積帶寬增益積 =用之構(gòu)成用之構(gòu)成 Auf = 10 的放大電路時，可得的放大電路時，可得 BWf =例：運放例：運放 LM741 :

12、Aud = 104，BW = 7 Hz，7 kHz可見：可見： BWf 受到受到BWG 和和Auf 的限制。的限制。 5.3.4 集成運算放大器的高頻參數(shù)集成運算放大器的高頻參數(shù)二二、大信號動態(tài)參數(shù)大信號動態(tài)參數(shù)1. 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 SRmaxoRddtuS 時時當當輸輸出出為為正正弦弦波波 sin omotUu omomo2ddmaxfUUtu 則則SR 2 f Uom例：例： A741： SR =0.5V/ s ， Aud = 104，BW = 7 Hz min(7kHz， 8 kHz)=7kHztUtu cosddomo 故應(yīng)保證故應(yīng)保證可見：可見： BWf 還受到還受到SR 和和Uo

13、m 的限制。的限制。 即即BWf 由由SR 、Uom 、 BWG 、Auf 共同決定。共同決定。用之構(gòu)成用之構(gòu)成 Auf = 10 的放大電路，的放大電路， Uomm= 10 V ，求，求BWf 故可得故可得 BWf =解：解： 受受BWG 和和Auf 的限制，的限制， BWf 為為7kHz 受受SR 和和Uom的限制，的限制， BWf =(0.5/210)MHz=8kHz1. 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 SRmaxoRddtuS SR 2 f Uom2. 全功率帶寬全功率帶寬 BWP指輸出最大峰值電壓時對應(yīng)的最高工作頻率指輸出最大峰值電壓時對應(yīng)的最高工作頻率ommRP2 USBW 二二、大信號動態(tài)參數(shù)大信號動態(tài)參數(shù) 了解負反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的原因、條件了解負反饋放大電路產(chǎn)