第十九讲 负反馈放大电路的稳定性第十九讲 负反馈放大电路的稳定性一、自激振荡产生的原因及条件二、负反馈放大电路稳定性的分析三、负反馈放大电路稳定性的判断四、消除自激振荡的方法一、自激振荡产生的原因及条件
1,现象：输入信号为 0时，输出有一定幅值、一定频率的信号，称电路产生了自激振荡。
负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段。
2,原因在低频段或高频段，若存在一个频率 f0,且当 f
＝ f0 时 附加相移为 ± π,则
fi'i XXX
o'ifo XXXX
fi'i XXX
对 f=f0的信号，净输入量是输入量与反馈量之和。
在电扰动下，如合闸通电，必含有频率为 f0的信号，
对于 f = f0 的信号，产生正反馈过程输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激振荡。
ooi 0 XXX 维持时，?
oo XFAX
1?＝FA
3,自激振荡的条件
1?FA
)( π)12(
1
FA 为整数nn
FA
由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振条件为二,负反馈放大电路稳定性的分析
① 附加相移由放大电路决定 ;
② 振荡只可能产生在高频段。
090'A Af?，时,?
设反馈网络为电阻网络，放大电路为直接耦合形式。
因没有满足相位条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。
01 8 0'A Af?，时,?
因没有满足幅值条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。
02 7 0'A Af?，时,?
对于产生－ 180o附加相移的信号频率，有可能满足起振条件，故引入负反馈后可能振荡。
对于单管放大电路,
对于两级放大电路,
对于三级放大电路,
什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？
三级或三级以上的直接耦合放大电路引入负反馈后有可能产生高频振荡；同理，耦合电容、
旁路电容等为三个或三个以上的放大电路，引入负反馈后有可能产生低频振荡放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大。
环路放大倍数 AF越大，越容易满足起振条件，
闭合后越容易产生自激振荡。
三、负反馈放大电路稳定性的判断已知环路增益的频率特性来判断闭环后电路的稳定性。
使环路增益下降到 0dB的频率，记作 fc；
使 φA＋ φF＝ (2n＋ 1)π 的频率，记作 f0。
fc
f0
fc
f0
三、负反馈放大电路稳定性的判断
fc
f0
满足起振条件电路不稳定
fc
f0
电路稳定
f0＜ fc，电路不稳定，会产生自激振荡； f0 ＞ fc，
电路稳定，不会产生自激振荡。
稳定裕度
fc
f0
电路稳定
Gm
幅值裕度
φm
相位裕度
Gm≤－ 10dB，且
φm≥45o，负反馈放大电路才具有可靠的稳定性。
四、消除自激振荡的方法
1,简单滞后补偿
)j(1)j(1)j(1
H3H2H1
mm
f
f
f
f
f
f
FAFA
常用的方法为滞后补偿方法。
设放大电路为直接耦合方式，反馈网络为电阻网络。
－2 0 d B / 十倍频
－4 0 d B / 十倍频
－6 0 d B / 十倍频
f
H1
f
H2
f
H3
fO
20lg│ AF │
..
在 最低的上限频率所在回路加补偿电容。 补偿电容
'H1f
1,简单滞后补偿最大附加相移为 -135°
具有 45° 的相位裕度，故电路稳定补偿前补偿后
。时，补偿后，当 dB0lg20H2 FAff
滞后补偿法是以频带变窄为代价来消除自激振荡的。
)j(1)j(1)j(1
H3H2
'
H1
mm
f
f
f
f
f
f
FAFA
2,密勒补偿
'C CkC )1('
在获得同样补偿的情况下，补偿电容比简单滞后补偿的电容小得多。
在 最低的上限频率所在回路加补偿电容。
补偿前补偿后
3,RC 滞后补偿,在 最低的上限频率 所在回路加补偿。
)j(1)j(1)j(1
H3H2H1
mm
f
f
f
f
f
f
FAFA
H1
'
H1
'
2H
j1
1
j1
j1
f
f
f
f
f
f
，取代补偿后产生系数：
)j(1)j(1
H3
'
H1
mm
2H
'
2H
f
f
f
f
FAFAff
，则若上式表明，最大附加相移为－ 180o，不满足起振条件，闭环后一定不会产生自激振荡，电路稳定。
RC 滞后补偿与简单滞后补偿 比较简单补偿后的幅频特性
RC滞后补偿后的幅频特性补偿前滞后补偿法消振均以频带变窄为代价,RC滞后补偿较简单电容补偿使频带的变化小些。
为使消振后频带变化更小，可考虑采用超前补偿的方法，略。
讨论一
dB1 0 0lg20?A?
F?lg20
试问电路闭环后会产生自激振荡吗？若已知 反馈网络为纯电阻网络，且,则使电路不产生自激振荡的 的上限值为多少？
清华大学 华成英
hchya@tsinghua.edu.cn
讨论二判断电路引入负反馈后有可能产生自激振荡吗？
如可能，则应在电路的哪一级加补偿电容？
1,现象：输入信号为 0时，输出有一定幅值、一定频率的信号，称电路产生了自激振荡。
负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段。
2,原因在低频段或高频段，若存在一个频率 f0,且当 f
＝ f0 时 附加相移为 ± π,则
fi'i XXX
o'ifo XXXX
fi'i XXX
对 f=f0的信号，净输入量是输入量与反馈量之和。
在电扰动下，如合闸通电，必含有频率为 f0的信号，
对于 f = f0 的信号，产生正反馈过程输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激振荡。
ooi 0 XXX 维持时，?
oo XFAX
1?＝FA
3,自激振荡的条件
1?FA
)( π)12(
1
FA 为整数nn
FA
由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振条件为二,负反馈放大电路稳定性的分析
① 附加相移由放大电路决定 ;
② 振荡只可能产生在高频段。
090'A Af?，时,?
设反馈网络为电阻网络，放大电路为直接耦合形式。
因没有满足相位条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。
01 8 0'A Af?，时,?
因没有满足幅值条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。
02 7 0'A Af?，时,?
对于产生－ 180o附加相移的信号频率，有可能满足起振条件，故引入负反馈后可能振荡。
对于单管放大电路,
对于两级放大电路,
对于三级放大电路,
什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？
三级或三级以上的直接耦合放大电路引入负反馈后有可能产生高频振荡；同理，耦合电容、
旁路电容等为三个或三个以上的放大电路，引入负反馈后有可能产生低频振荡放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大。
环路放大倍数 AF越大，越容易满足起振条件，
闭合后越容易产生自激振荡。
三、负反馈放大电路稳定性的判断已知环路增益的频率特性来判断闭环后电路的稳定性。
使环路增益下降到 0dB的频率，记作 fc；
使 φA＋ φF＝ (2n＋ 1)π 的频率，记作 f0。
fc
f0
fc
f0
三、负反馈放大电路稳定性的判断
fc
f0
满足起振条件电路不稳定
fc
f0
电路稳定
f0＜ fc，电路不稳定，会产生自激振荡； f0 ＞ fc，
电路稳定，不会产生自激振荡。
稳定裕度
fc
f0
电路稳定
Gm
幅值裕度
φm
相位裕度
Gm≤－ 10dB，且
φm≥45o，负反馈放大电路才具有可靠的稳定性。
四、消除自激振荡的方法
1,简单滞后补偿
)j(1)j(1)j(1
H3H2H1
mm
f
f
f
f
f
f
FAFA
常用的方法为滞后补偿方法。
设放大电路为直接耦合方式，反馈网络为电阻网络。
－2 0 d B / 十倍频
－4 0 d B / 十倍频
－6 0 d B / 十倍频
f
H1
f
H2
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20lg│ AF │
..
在 最低的上限频率所在回路加补偿电容。 补偿电容
'H1f
1,简单滞后补偿最大附加相移为 -135°
具有 45° 的相位裕度，故电路稳定补偿前补偿后
。时，补偿后，当 dB0lg20H2 FAff
滞后补偿法是以频带变窄为代价来消除自激振荡的。
)j(1)j(1)j(1
H3H2
'
H1
mm
f
f
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FAFA
2,密勒补偿
'C CkC )1('
在获得同样补偿的情况下，补偿电容比简单滞后补偿的电容小得多。
在 最低的上限频率所在回路加补偿电容。
补偿前补偿后
3,RC 滞后补偿,在 最低的上限频率 所在回路加补偿。
)j(1)j(1)j(1
H3H2H1
mm
f
f
f
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H1
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，取代补偿后产生系数：
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H3
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，则若上式表明，最大附加相移为－ 180o，不满足起振条件，闭环后一定不会产生自激振荡，电路稳定。
RC 滞后补偿与简单滞后补偿 比较简单补偿后的幅频特性
RC滞后补偿后的幅频特性补偿前滞后补偿法消振均以频带变窄为代价,RC滞后补偿较简单电容补偿使频带的变化小些。
为使消振后频带变化更小，可考虑采用超前补偿的方法，略。
讨论一
dB1 0 0lg20?A?
F?lg20
试问电路闭环后会产生自激振荡吗？若已知 反馈网络为纯电阻网络，且,则使电路不产生自激振荡的 的上限值为多少？
清华大学 华成英
hchya@tsinghua.edu.cn
讨论二判断电路引入负反馈后有可能产生自激振荡吗？
如可能，则应在电路的哪一级加补偿电容？
