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负反馈放大电路稳定性的判断

2015-6-13 08:26| 编辑:电工学习网| 查看: 17331| 评论: 0

由自激振荡的条件可知,如果环路增益 的幅值条件和相位条件不能同时满足,负反馈放大电路便不会产生自激振荡。所以,负反馈放大电路稳定工作的条件是:当=1时,,或当时,<1。

工程上常用环路增益的波特图分析负反馈放大电路能否稳定地工作。

1.判断方法

1

图1(a)、(b)分别是两个直接耦合式负反馈放大电路的环路增益的波特图。图中f0是满足相位条件 时的频率,fc是满足幅值条件时的频率。

在图1(a)所示波特图中,当f =f0,即时,有,即 ,说明相位条件和幅值条件能同时满足。同样,当f =fc,即dB, 时,有。所以,具有图1(a)所示环路增益频率特性的负反馈放大电路会产生自激振荡,不能稳定地工作。

在图1(b)所示波特图中,当f =f0,即时,有,即 ;而当f =fcdB,即时,有。说明相位条件和幅值条件不会同时满足。具有图1(b)所示环路增益频率特性的负反馈放大电路是稳定的,不会产生自激振荡。

综上所述,由环路增益的频率特性判断负反馈放大电路是否稳定的方法是:比较f0fc的大小。若f0>fc,则电路稳定;若f0fc,则电路会产生自激振荡。

2. 稳定裕度

根据上面讨论的负反馈放大电路稳定性的判断方法知,只要f0>fc,电路就能稳定,但为了使电路具有足够的稳定性,还规定电路应具有一定的稳定裕度,包括增益裕度Gm和相位裕度jm

(1)增益裕度Gm

定义f =fo时所对应的20lg的值为增益裕度Gm,如图1(b)所示幅频特性中的标注。Gm的表达式为

                 

稳定的负反馈放大电路的,且要求Gm≤–10dB,保证电路有足够的增益裕度。

(2)相位裕度jm

相位裕度jm定义为

             

式中fcdB时的频率, f =fc时的相移,如图1(b)所示相频特性中的标注。

稳定的负反馈放大电路的jm>0,且要求jm≥45°,保证电路有足够的相位裕度。

总之,只有当Gm≤–10dB且jm≥45°时,负反馈放大电路才能可靠稳定。

当负反馈放大电路中的反馈网络是由纯电阻构成时,反馈系数的大小为一常数,同时有jf =0。这种情况下,可以利用开环增益的波特图来判别反馈放大电路的稳定性。下面以例说明。

 

有一反馈网络由纯电阻构成的反馈放大电路,其开环增益的幅频特性曲线如图2中的折线所示。由于反馈系数F为常数,因此,自激振荡的幅值条件可写成 的形式。同样,可写成 的形式。于是,可在开环增益的幅频特性坐标中作出高度为 的水平线(称为反馈线),在它与 的幅频特性曲线的交点处必然满足 的幅值条件,这时再根据该交点所对应的相移是否小于180°来判断电路是否稳定。由此可以断定,在与图2相对应的负反馈放大电路中,当取反馈系数 时, 均小于180°,电路是稳定的。而当 大于 )时,对应的ja=–180°,此时电路会产生自激振荡。

上述分析说明,负反馈越深,放大电路越容易产生自激振荡。因此,设计这种负反馈放大电路时,一般应使水平线(反馈线)的幅频特性曲线相交于斜率为–20dB/十倍频程的线段上,这时有≤135°,能保证设计的负反馈放大电路稳定地工作。

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