负反馈放大电路的自激及消除
反馈放大电路的自激自激的表现自激条件负反馈
结论
超前－滞后补偿， 20lg|AF|提前下降，argAF=-180o
迟后发生，即使第一个转折频率左移的不太多，也可以使 argAF=-180o发生在20lg|AF|<0处。
第五节
四、高频自激的消除
对于高频自激，常采用频率补偿的方法消除自激。 在放大器的适当部位加上RC网络，以改变放大器的幅频特性 和相频特性，使得 arg A F (2n 1) 发生在
AF
1
处。
1. 滞后补偿 方法之一:
使20lg|AF|的第一个转折频率左移而使其他转折频率不变。 （1）第一个转折频率左移，20lg|AF|就提前开始下降； （2）其它转折频率不变, 使 arg A F 180 发生在 A F 1 处。 从而消除自激。
AF
arg
1
发生在 f ≤fG
f 0
AF
180o 发生在fΦ >fG
arg
argAF
0
fG
fΦ f
在频率fΦ没有同时满足
AF AF 1 因此这个放大器不会产生自激。
180o
-π
φm
第五节
20lg|AF|
F 与自激的相位条件 在f = fG 上，相角 arg A （－180o）之间差距为φm, 称为相位裕度
o
第五节
例
转折频率
20lg|AF| 120 80 40 0 f ’1 0 f1 f2 f3
① ②
负反馈放大电路自激振荡产生原因及消除方法探讨
文章编号:1009-3907(2001)01-0022-02负反馈放大电路自激振荡产生原因及消除方法探讨魏 力,李克明(长春大学电子工程学院,吉林长春 130022)摘 要:阐述负反馈放大电路产生(自激)的原因、条件,检查电路是否稳定工作的方法、影响电路稳定性的主要因素以及消除自激振荡的方法。
关键词:负反馈;放大电路;自激振荡中图分类号:T M13 文献标识码:A 收稿日期:2000211221作者简介:魏 力(1963- ),男,吉林省长春市人,长春大学电子工程学院实验师,主要从事自控理论试验研究。
如果放大器工作在通频带以外,由于相移增大,就有可能使负反馈变成正反馈,以至产生自激振荡。
1 自激振荡的条件[1]自激振荡的条件为A F =-1,即|A F |=1arg (A F )=φA +φF =±(2n +1)π(n =0,1,2,…)。
上述公式是在负反馈的基础上推导出来的,相应条件是在-180°的基础上(中频时U 0与U i 反相)所产生的附加相移Δφ。
2 检查电路是否稳定工作的方法(1)方法一:根据A F 的幅频和相频波特图来判断。
设LA F =20lg|A F |(dB )1)当Δφ=-180°时(满足相位条件):若LA F <0,则电路稳定;若LA F ≥0(满足幅度条件),则自激。
2)当|A F |=1,即LA F =0dB 时(满足幅度条件):若|Δφ|<180°,移相不足,不能自激;若|Δφ|≥180°,满足相位条件,能自激。
3)LA F =0时的频率为f 0,Δφ=180°时的频率为f c ,当f 0<f c 时电路稳定,否则自激。
用上述三个判据中任何一个判断均可,需要注意的是,当反馈网络为纯电阻时,反馈系数F 为实数,A F 的波特图与A 的波特图成为相似形。
为简便起见,通常只画出A 的波特图进行研究。
负反馈电路自激振荡平衡条件
负反馈电路自激振荡平衡条件负反馈电路是一种常见的电路结构，它可以通过将一部分输出信号反馈到输入端，来减小电路的非线性失真和噪声。
然而，在某些情况下，负反馈电路可能会出现自激振荡的现象，这会导致电路的性能下降，甚至损坏电路元件。
因此，了解负反馈电路自激振荡的平衡条件是非常重要的。
负反馈电路自激振荡的原因是电路中存在一个正反馈回路，这个回路会使得电路的输出信号不断放大，最终导致自激振荡。
为了避免这种情况的发生，需要满足一定的平衡条件。
首先，负反馈电路的增益必须小于1。
这是因为如果电路的增益大于1，那么即使有一点点的正反馈，也会导致电路的输出信号不断放大，最终导致自激振荡。
因此，为了避免这种情况的发生，负反馈电路的增益必须小于1。
其次，负反馈电路的相位差必须小于180度。
这是因为如果电路的相位差大于180度，那么即使有一点点的正反馈，也会导致电路的输出信号不断放大，最终导致自激振荡。
因此，为了避免这种情况的发生，负反馈电路的相位差必须小于180度。
最后，负反馈电路的反馈信号必须足够强。
这是因为如果反馈信号太弱，那么即使有一点点的正反馈，也会导致电路的输出信号不断放大，最终导致自激振荡。
因此，为了避免这种情况的发生，负反馈电路的反馈信号必须足够强。
总之，负反馈电路自激振荡的平衡条件是电路的增益小于1，相位差小于180度，反馈信号足够强。
只有满足这些条件，才能保证负反馈电路不会出现自激振荡的现象。
因此，在设计负反馈电路时，需要注意这些平衡条件，以确保电路的性能和稳定性。
负反馈与自激振荡
A u
Aum
0.707Aum
对于多级放大电路，若某个频率的信号产生的 附加相移为 180o，而反馈网络为纯电阻，则：
BW
O
φ
fL
O
fL
90o 180o
arg A F 180
fH
f
fH f
满足自激振荡的相位条件。
若同时满足幅度条件，电路将自激振荡。
270o
在低、高频段，放大电路分别产生了 0 ~ + 90 和 0 ~ -90 的附加相移。
5.1 15
0.34
举例
设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。
解：电压串联负反馈
根据虚短、虚断
（+） （-） （+）
（+）
（+）
（+）
vf vi
vf
Rb2 Rb2 Rf
vo
闭环电压增益
Avf
vo vi
1
Rf Rb2
二、负反馈放大电路设计
ห้องสมุดไป่ตู้计负反馈放大电路的一般步骤 设计举例
但是，由于反馈深度下降，不利于放大电路其他性能的改善，因此通 常采用接入电容或 RC 元件组成校正网络，以消除自激振荡。
(1)电容校正
比较简单的消振措施是在负反馈放大电路的适当地方接入一个电容。
接入的电容相当于并联在前一级的负载上，在中、低频时，容抗很大， 所以这个电容基本不起作用。
高频时，容抗减小，使前一级的放大倍数降低，从而破坏自激振荡的条件， 使电路稳定工作。
一、负反馈放大电路的分析计算
深度负反馈放大电路特点 深度负反馈放大电路近似计算
1. 深度负反馈的特点
第四章放大电路中的负反馈
结论：引入负反馈后，放大电路的上限频率 提高，下限频率降低，因而通频带展宽。
ɺ ɺ BWf ≈ (1 + Am F ) BW
在下图中可以较直观看出负反馈对通频 带和放大倍数的影响
§4.2.4 改变输入电阻和输出电阻
一、负反馈对输入电阻的影响 1、串联负反馈使输入电阻增大
ɺ U i′ Ri = ɺ Ii
.
ɺ ɺ 若 1 + AF > 1 ɺ ɺ 若 1 + AF < 1
这种反馈为负反馈 这种反馈为正反馈 电路自激振荡
.
ɺ ɺ ɺ 若 1 + AF = 0 ，则 Af = ∞
ɺ ɺ 若 1 + A F >> 1 Af =
.
A A 1 ɺ F ≈ AF = F ɺ ɺ ɺ 1+ A ɺ
§4.2 负反馈对放大电路性能的影响
2、正反馈 和负反馈 正反馈：反馈信号增强了外加输入信号， 使放大电路的放大倍数提高。 负反馈：反馈信号削弱了外加输入信号， 使放大电路的放大倍数减小。 反馈极性的判断方法：瞬时极性法。 在放大电路的输入端，假设一个输入信 号对地的极性，可用“+”、“-” 表示。 按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性， 直至判断出反馈信号的瞬时极性。
§4.2.1提高放大倍数的稳定性 4.2.1提高放大倍数的稳定性
ɺ A 根据反馈的一般表达式ɺ f = A ɺ ɺ 1 + AF
在中频范围内， Af =
A 1 + AF
求出放大倍数的相对变化量： dAf =
Af
1 dA × 1 + AF A
由于 1+AF >1,可见引入负反馈后，放大倍 数的稳定性提高了(1+AF) 倍
如何避免运放负反馈产生的自激振荡
如何避免运放负反馈产生的自激振荡运放的负反馈是一种常见的稳定化电路的方法，可以有效地降低电路的增益和提高稳定性。
然而，如果负反馈设置不当，可能会引起自激振荡。
在设计和调试电路时，我们可以采取以下一些措施来避免运放负反馈产生的自激振荡。
1.选择合适的运放芯片：不同的运放芯片具有不同的增益带宽积（GBW），相位裕度和带宽等特性。
在选择运放芯片时，需要根据具体的应用需求来确定适合的参数。
较高的GBW和相位裕度能够提供更大的负反馈系数，从而降低自激振荡的可能性。
2.稳定化补偿网络：在设计电路时，可以通过稳定化补偿网络来提高自激振荡的抑制能力。
传统的稳定化补偿方法包括加入电容和电阻，形成补偿网络，将运放的增益带宽积控制在合适的范围内。
3.合理布局和连接：在PCB设计中，应注意合理的布局和连接，避免干扰电路对运放产生不合适的反馈。
尽量减少信号线和干扰源之间的距离，采取屏蔽措施隔绝外界干扰。
同时，减小信号线和地线之间的共模干扰，增加电源和地线的滤波电容。
4.设置适当的增益：运放在正常工作范围内，增益值太高会降低系统的稳定性。
因此，在设计电路时，应根据需求合理设置运放的增益，以避免自激振荡的发生。
5.增加衰减器：在一些特殊的情况下，为了减小运放的反馈增益，可以在运放的输出端加入衰减器。
衰减器可以通过改变反馈电阻或者增加串联电阻的方式实现。
6.调试和测试：在电路设计完成后，需要进行仔细的调试和测试以确保其工作正常。
特别是对于高频或高增益的电路，可以通过频谱分析仪等工具进行频率响应和相位特性的测量，评估电路的稳定性。
7.精确选择电源电压：电源电压的精确选择对于避免自激振荡也非常重要。
在实际应用中，需要注意电源电压的波动和噪声，以及电源线的稳定性和滤波。
总之，为了避免运放负反馈产生的自激振荡，我们需要选择合适的运放芯片、稳定化补偿网络、合理布局和连接、设置适当的增益、增加衰减器、进行调试和测试，并精确选择电源电压。
这些措施可以在设计和调试电路时帮助我们避免自激振荡的发生，提高电路的可靠性和稳定性。
负反馈放大电路的自激振荡
1．电容滞后补偿
在放大电路中 选择时间常数最大 的回路内对地并接 小电容C，如图所 示。这种方法简单， 但缺点是使频带变 窄了，是以牺牲带 宽为代价来消除自 激振荡的。
2．RC滞后补偿
这种补偿是采 用RC相串联的网 络来取代电容滞后 补偿中的电容C， 如图所示。其目的 使频带宽度有所增 加，即在高频放大 倍数处于零处的频 率比电容滞后补偿 有所提高。
处，使得
，两者作用的结果是
使净输入信号增大，产生了正反馈．
如果反馈较强以至于
，此 时
，
虽然输入信号为零，输出端也会产生输出信号，条件
根据上述分析，负反馈放大电路产生自激振荡的条件为
表示成模和相角的形式，即
（n=0，1，2，…）
3．自激振荡的判断
为了判断负反馈放大电路是否振荡，通常利用其回路 增益 的波特图，考察的幅频特性和相频特性，分析是 否同时满足自激振荡的起振条件和相位条件。
模拟 电子 技术 基础
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负反馈放大电路的自激振荡
1.1 产生自激振荡的原因和条件 1.2 消除自激振荡的方法
1.1 产生自激振荡的原因和条件
1．自激振荡产生的原因
在低频和高频的情况下，由于 、 都
是频率的函数，它们的幅值和相位会随频率而 变化，所产生的相移称为附加相移 、
这就有可能在低频或高频区中的某个频率
可以归纳出判断产生自激振荡的方法：根据幅频 特性和相频特性曲线分别找到相应的频率点fc和f0，
如果f0<fc，将产生自激振荡，电路不稳定；
如果f0>fc，不会产生自激振荡，电路稳定。
1.2 消除自激振荡的方法
对于多极负反馈放大电路（三级或三级以上） 来说，为了避免产生自激振荡，保证电路正常工作， 需要采取措施来破坏自激的条件。消除自激振荡的 最基本方法之一是采用相位补偿网络。补偿是指在 基本放大电路或者反馈网络中增加一些元件，如R、 C等，以改变放大电路的频率响应。
6第五节 负反馈放大电路的自激振荡
-180o -270o
O
fc f0 f
m
f
一般的负反馈放大电路要求 m≥ 450
6
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第五节
负反馈放大电路的自激振荡
二、常用的校正措施
1. 电容校正（又称为主极点校正）
Rc1
VT1
C
Rc2
+VCC + A1
C
VT2
A2
uo
Re2
而产生自激振荡。
2
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第五节
负反馈放大电路的自激振荡
|Au | Aum
0.707Aum
BW
O
单级负反馈放大电路 两级负反馈放大电路 都是稳定的，
fH f
fL
+90o
0o -90o f
三级负反馈放大电路 有可能自激振荡， 对三级以上放大电路 深度负反馈条件下必 须消除自激条件，使 电路稳定工作。
-
降低放大电路的主极点频率，来破坏自激振荡的条件 此方法简单方便，但通频带将严重变窄。
7
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第五节
负反馈放大电路的自激振荡
2. RC校正
Rc1
VT1
Rc2
+VCC + A1 R
C
VT2
R
C
A2
uo
Re2
-
将使通频带变窄的程度有所改善，即改善了高频响应。
校正网络应加在极点频率最低的放大级（时间常数最大）。 通常可接在前级输出电阻和 后级输入电阻都较高的地方
第五节
负反馈放大电路的自激振荡
负反馈放大电路自激振荡产生原因及消除方法探讨
负反馈放大电路自激振荡产生原因及消除方法探讨
负反馈放大电路自激振荡产生的原因
1. 相位延迟：负反馈放大器中使用的反馈网络可能引入相位延迟，这会导致反馈信号与输入信号之间的相位差超过180度，从而产生自激振荡。
2. 反馈网络频率响应：反馈网络可能引入不稳定的频率响应，使得放大电路在某些频率上产生正反馈，导致自激振荡。
3. 线路耦合：放大电路中的不完全隔离的耦合元件（例如电感、电容等）可能引入正反馈，从而导致自激振荡。
负反馈放大电路自激振荡的消除方法
1. 增大带宽：在设计负反馈放大电路时，可以选择高带宽的放大器和反馈网络，以减小相位延迟和频率响应的影响。
2. 调整相位：通过调整反馈网络的相位延迟，使反馈信号与输入信号的相位差稳定在180度以下，从而防止自激振荡的产生。
3. 添加稳定器：在放大电路中添加稳定器，可以减小放大器的正反馈增益，在一定范围内保持负反馈，以防止自激振荡。
4. 良好的布线和接地：合理设计和布线可以减小线路耦合的影响，从而降低自激振荡的可能性。
5. 使用抗激励装置：在放大电路中添加抗激励装置，通过主动抑制自激振荡的产生，例如在放大器输入端加入一个抗激励电路。
需要注意的是，负反馈放大电路自激振荡的具体原因和消除方法可能因具体的电路结构和元件选择而有所不同，因此在实际应用中，需要根据具体情况进行分析和处理。
负反馈电路自激振荡平衡条件
负反馈电路自激振荡平衡条件引言在电子学中，负反馈是一种常见的技术手段，被广泛应用于放大器、稳压器等电路中。
负反馈电路能够降低放大器的非线性失真、改善稳定性和频率响应等性能。
然而，在一些情况下，负反馈电路可能会出现自激振荡现象，影响电路的正常工作。
本文将详细讨论负反馈电路自激振荡的平衡条件以及如何避免自激振荡。
负反馈电路的基本原理负反馈电路通过将放大器的输出信号与输入信号的一部分进行比较，并将差值作为反馈信号加入到输入端，以实现对放大器性能的调节。
具体而言，负反馈电路可分为串联负反馈和并联负反馈两种类型。
串联负反馈电路串联负反馈电路中，放大器的反馈信号通过串联到输入端。
典型的串联负反馈电路包括电压串联负反馈和电流串联负反馈两种。
电压串联负反馈电路的基本结构如下：Rf V_out+------>O-------------+| | || | |V_in | || | |+-------O<------Cf || | || | |GND R1 R2其中，Rf为反馈电阻，R1为输入电阻，R2为输出电阻，Cf为耦合电容。
电流串联负反馈电路的基本结构如下：V_out||+------+| |Rf | |- | || | V_inIb,Q1 +--->O-----+----+--+R1 +---O------|-------+ +-+---|-------O| | | | | || | +-|-+ | |GND R2 CE,Q2 | RE|GND其中，Rf为反馈电阻，R1为输入电阻，R2为输出电阻，Ib为输入电流，Q1和Q2为晶体管，CE为晶体管的集电极电阻，RE为晶体管的发射极电阻。
并联负反馈电路并联负反馈电路中，放大器的反馈信号通过并联到输入端。
典型的并联负反馈电路包括电压并联负反馈和电流并联负反馈两种。
电压并联负反馈电路的基本结构如下：V_in R3 V_out+---------O-------------------O--------+| | | | || | | | |+-------Cf--+--O-----+--O | || | | | | | || R1 R2 Rf R3 | |GND Rf | || |GND GND其中，Rf为反馈电阻，R1为输入电阻，R2为输出电阻，R3为并联电阻，Cf为耦合电容。
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3. 自激振荡的条件
Xi 0时，Xo维持Xo Xo AFXo
AF＝1
AF 1
A F (2n 1)π (n为整数)
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
AF 1
二、负反馈放大电路稳定性的分析
设反馈网络为电阻网络 则附加相移由放大电路决定
Am Fm
(1 j f )(1 j f )(1 j f )
fH1
fH2
fH3
－20dB/十倍频 －40dB/十倍频
在最低的上限频率所在回 路加补偿电容。
补偿电容
－60dB/十倍频
O
f
f
' H1
fH1
fH2
fH3
滞后补偿法是以频带变窄为代价来消除自激振荡的。
2. RC 滞后补偿：在最低的上限频率所在回路加补偿。
AF
Am Fm
(1 j f )(1 j f )(1 j f )
fH1
fH2
fH3
1 补偿后产生系数：
j
f
f
' H
2
，取代
1
1
j
f
f
' H1
1 j f fH1
若f
' H
2
பைடு நூலகம்
fH2，则AF
(1
j
Am Fm
f
f
' H1
)(1
j
f) fH3
RC 滞后补偿与简单滞后补偿比较
补偿前
简单补偿后 的幅频特性
RC滞后补偿后 的幅频特性
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 Xi' Xi Xf
对 f =f0 的信号，净输入量是输入量与反馈量之和。
Xi' Xi Xf
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
Xo Xf Xi' Xo
对于单级放大电路: f 时，A' 90，A 0
因没有满足相位条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。
对于两级放大电路: f 时，A' 180，A 0
因没有满足幅值条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。
对于三级放大电路: f 时，A' 270，A 0
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。
fc f0
电路不稳定
fc f0
电路稳定
稳定裕度
幅值裕度
fc Gm
f0
φm
电路稳定
Gm≤－10dB，且 φm≥45º，负反馈放大 电路才具有可靠的稳
定性。
相位裕度
四、消除自激振荡的方法
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。
1. 简单滞后补偿
..
20lg│AF│
AF
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。
什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？
三级或三级以上的放大电路引入负反馈后有可 能产生自激振荡
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。
放大电路的级数越多，引入的负反馈越 深，产生自激振荡的可能性越大。
三、负反馈放大电路稳定性的判断
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。
负反馈放大电路的自激振荡 及消除方法
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。