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OP负反馈放大电路的自激振荡

01

常见的负反馈

如图1所示:

其中为输入量,为反馈量,净输入,图中连接的箭头表示信号的流通方向,表示方块图中的信号是单向流通。即输入信号输出信号仅通过基本放大电路传输到输出输入仅通过反馈网络传输。换言之,输出不通过反馈网络传输,输入不通过基本放大电路传输。输入端的加号表示信号和在此叠加, 和-表明了、、关系是

在信号的中频段,、、都是实数,可以写成

基本放大电路的放大倍数定义为:

反馈系数为:

负反馈放大电路的放大倍数(也称闭环放大倍数)为

所以电路环路放大倍数

四种基本反馈电路:

负反馈的闭环放大倍数

一般表达式(1)由此获得:

在中频段,、和都是实数,所以

当电路引入负反馈时,AF>0.表示引入负反馈后电路的放大倍数等于基本放大电路的放大倍数(1 AF)和A、F和Af符号相同

若在分析中发现<0,即1 <1,即,如果电路引入正反馈;,这意味着当输入为零时,电路有输出,这意味着电路有自激振荡。

如果电路引入深度负反馈,即1 AF>>1,则

这表明放大倍数几乎仅取决于反馈网络,而与基本放大电路无关。由于反馈网络是一个无源网络,受环境温度影响较小,因此放大倍数具有较高的稳定性。从深度负反馈条件可以看出,反馈网络参数确定后,基本放大电路的放大能力越强,即A值越大,反馈越深,Af与1/F相似性越好

大多数负反馈放大电路,特别是由集成运输组成的负反馈放大电路,一般满足1 AF>>因此,在近似分析中可以认为1的条件,而不必求出A,当然也就不必定量分析基本放大电路了。

应指出,负反馈放大电路通常是指中频段的反馈极性;当信号频率进入低频或高频时,负反馈放大电路可能会对特定频率产生正反馈过程,甚至自激振荡。

四种反馈对输入电阻和输出电阻的影响

02

自激振荡的原因

1.用手触摸振荡器的先兆

  1. 一旦手靠近,输出就会发生敏感的变化

  2. 零点调节变化细微,零点变化不大,甚至不能视为漂移

  3. 直线性差

  4. 振幅不能满足设计要求

2.振荡的原因

根据著名的巴克豪森振荡条件,振荡条件,

从上图可以看出,当电路产生自激振荡时,由于和因此,相互维持,即,可以写成模以及相角的形式

()()n是整数。上述公式称为自激振荡平衡条件,公式(1)为振幅平衡条件,公式(2)称为相位平衡条件。只有满足上述两个公式,电路才会产生自激振荡。在振动过程中,有一个从小到大的过程,所以振动的条件是:

电路稳定性判断:

在图a曲线中的频率为,使得的频率为,因为当时,,即,所以,具有图a所示环路增益频率特性的放大电路闭环后,必然会产生自激振荡,振荡频率为。

同样,让我们看看图片b,由于,不符合相位条件,不会产生振荡。

03

振荡原因分类

振荡原因分类:

①放大器部分与放大器的放大倍数和频率特性以及相位补偿方法有关

②问题在于反馈电阻是纯电阻,还是输入和负载所增加的电容量。

③前两项中没有包括的部分,比如电源旁路。

04

振荡的消除

1)简单的滞后补偿

补偿前的上限频率为

补偿电容C后的上限频率为

若补偿后,使时,,且

如上图中的实线所示,则表示时,趋于135°,即时,并且有45°相位裕度,因此不会产生自激振荡。

2)、RC滞后补偿

补偿前环路增益

补偿后环路增益

上述公式表明,补偿后环路增益频率特征曲线只有两个拐点,由于两个极引入的负反馈,当频率从零到大时,附加相移从0°变化到-180°,虽然燃烧在理论上符合相位条件f0,但f0区域无限大,而当f=f0时的值为零,不满足幅值条件,因而电路不可能产生自激振荡。下图中的虚线是未经补偿的幅频特性曲线,左侧的虚线是加简单电容补偿后的幅频特性曲线,实线是加RC补偿后的幅频特性。

与三者相比,很明显RC补偿比简单电容补偿的带宽有所改善。

三、密勒效应补偿

为了降低补偿电容的容量,可以利用密勒效应将补偿电容、补偿电阻和电容跨接到放大电路的输入和输出端。

图a为电容补偿,图b为RC补偿

四、提前补偿

如果改变负反馈放大电路,环路的增加0dB如果相位超前,,这种补偿方法也可以破坏其自激振荡条件,称为先进补偿方法。通常,在反馈电路中添加先进补偿电容。

没有反馈的反馈系数

添加反馈系数:

其中 , ,显然,画波特图如下:

综上所述,无论是滞后补偿还是提前补偿,都可以通过非常简单的电路实现。补偿后对带宽的影响从小到大是提前补偿RC滞后补偿,电容滞后补偿。

5)除补偿外,在设计开始时还应注意几个方面,可有效减少以后的一些调试工作:

a、选择合适的增益,选择合适的增益电阻

在能够实现的最小增益的基础上,对于任何选定的运输,当提高闭环增益,可以有效提高系统稳定性。

增益电阻尽量选择小得,以降低  的作用,多数宽带放大器的数据手册中,都会给出不同增益下的电阻配对值,理论上,如果要实现10同相增益,用9.09KΩ对1KΩ,就没有用909Ω对100欧姆好。

b、设计PCB时,尽量减小杂散电容,特别是  ,比如运放输入脚及其连接线的下方,不要敷铜;运放输入脚、输出脚及其连接线与铜皮保持足够大的间距;环路中的电阻,尽量不要使用电位器

c、尽量不要不要驱动大电容负载,必须驱动大电容负载的,使用裕度大的运放,或者串联隔离电阻。

 

 

标签: 放大电路的中频

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