负反馈放大电路的稳定问题
电路中的放大器稳定性分析
电路中的放大器稳定性分析放大器是电子电路中常见的设备，用于放大电信号的幅度。
在电路设计中，放大器的稳定性是一个重要的考虑因素。
稳定性指的是电路在各种运行条件下保持稳定的能力。
本文将详细介绍电路中的放大器稳定性分析。
一、引言在电子电路中，放大器是一种关键组件。
它可以将电信号的弱信号放大至足够大的幅度，以便进行后续的处理或传输。
放大器的稳定性对电路的整体性能至关重要。
二、放大器的稳定性问题放大器的稳定性问题主要涉及到两个方面：反馈环路和频率响应。
在放大器中，反馈环路是一个常见的设计策略，它可以控制放大器的增益，并提高放大器的稳定性。
然而，反馈环路也可能引入稳定性问题，例如振荡。
1. 反馈环路的稳定性反馈环路可以分为正反馈和负反馈两种类型。
正反馈会增加放大器的输出，而负反馈则会减小放大器的输出。
负反馈可以增加放大器的稳定性，但过多的负反馈可能导致放大器的带宽减小。
因此，在设计反馈环路时，需要平衡增益和稳定性的要求。
2. 频率响应的稳定性频率响应是衡量放大器性能的一个重要指标，它描述了放大器在不同频率下的增益特性。
放大器的频率响应可能受到电容、电感、阻抗等元件的影响。
在分析放大器的频率响应时，需要考虑这些元件的特性，并选择合适的组件以保持系统的稳定。
三、放大器稳定性分析的方法在电路设计中，有几种常用的方法可以用来分析放大器的稳定性。
以下是一些常见的方法：1. Nyquist准则Nyquist准则是一种通过绘制频率响应曲线上的虚线轨迹来评估放大器的稳定性的方法。
当轨迹穿过-1点（点（-1,0）表示的是相位延迟为180度，增益衰减为1的状态），放大器就处于稳定状态。
如果轨迹围绕-1点多次，则放大器可能会产生振荡。
2. 极点分析法极点是放大器传递函数中的根，通过分析极点的位置和数量，可以得出放大器的稳定性。
通常情况下，放大器的极点应该位于开环增益曲线上，并且具有负实部。
如果放大器的极点位于稳定区域之外，那么它可能是不稳定的。
电路中的负反馈和正反馈的作用
电路中的负反馈和正反馈的作用电路中的反馈机制对于电子系统的稳定性和性能起到重要的作用。
其中，负反馈和正反馈是两种常见的反馈方式，它们分别具有不同的作用和特点。
一、负反馈的作用负反馈是指将电路输出的一部分信号作为反馈信号，与输入信号进行比较后形成差值，再经过校正后反馈给输入端，从而调节电路输入输出之间的关系。
负反馈的主要作用包括以下几个方面：1. 改善电路的稳定性：负反馈可以使电路具有较高的稳定性。
当输入信号发生变化时，负反馈可以通过反馈路径将一部分改变的信号返回输入端，从而减小输入与输出之间的差异，保持电路的稳定性。
2. 扩大电路的带宽：负反馈可以通过抑制电路的输出信号波动，降低电路的非线性畸变，从而扩大电路的带宽。
在放大电路中，负反馈可以提高放大器的线性度和频率响应，并减小失真。
3. 提高电路的增益稳定性：负反馈通过控制电路的增益，使其在不同工作状态下具有相对稳定的放大倍数。
这样可以使电路在面对不同负载和输入信号时能够保持较为稳定的增益。
二、正反馈的作用正反馈是指将电路输出的一部分信号作为反馈信号，与输入信号相加后输出，从而增加输入信号的幅度。
正反馈的主要作用包括以下几个方面：1. 增加电路的增益：正反馈可以使电路的增益不受限制地增加。
通过将输出信号一部分反馈到输入端，并与输入信号相加，使得输出信号不断放大，实现正反馈的增益效应。
2. 产生自激振荡：正反馈在某些电路中可以引起自激振荡。
当反馈信号经过放大后再次回到输入端，经过多次放大后，电路会出现自激振荡的现象。
这在一些振荡电路和发生器电路中得到应用。
3. 产生非线性特性：正反馈可以引起电路的非线性特性。
当输入信号经过正反馈后，输出信号与输入信号的关系不再是线性的，而呈现出非线性的特点。
这在一些特定的电路设计中能够实现特定的功能。
综上所述，电路中的负反馈和正反馈在调节电路性能和功能发挥上起到了重要的作用。
负反馈通过稳定性、线性度和频率响应等方面的优化，提高了电路的性能；而正反馈则可以增强电路的增益、引起自激振荡、产生非线性特性等，为一些特殊应用提供了解决方案。
负反馈积分放大电路
负反馈积分放大电路摘要：一、负反馈积分放大电路的概念二、负反馈积分放大电路的特点三、负反馈积分放大电路的应用四、负反馈积分放大电路的注意事项正文：负反馈积分放大电路是一种将输入信号积分并输出，同时通过负反馈机制对电路增益进行调整的电路。
它广泛应用于各种电子设备中，如音频放大器、通信放大器等。
一、负反馈积分放大电路的概念负反馈积分放大电路是一种模拟电子电路，它利用负反馈机制对电路增益进行调整，从而使输出信号更稳定。
它主要由输入电阻、运算放大器、积分器、反馈电阻等组成。
二、负反馈积分放大电路的特点1.稳定性好：由于采用了负反馈机制，电路的增益稳定，输出信号波动小。
2.线性度好：电路的线性度较高，能够满足大多数应用场景的需求。
3.噪声抑制能力强：负反馈积分放大电路能够有效地抑制噪声，提高输出信号的质量。
4.输入阻抗高：电路的输入阻抗较高，对输入信号的影响较小。
三、负反馈积分放大电路的应用1.音频放大器：负反馈积分放大电路常用于音频放大器中，对音频信号进行放大，从而提高音频信号的响度。
2.通信放大器：在通信系统中，负反馈积分放大电路用于放大微弱信号，从而延长传输距离。
3.传感器信号处理：在各种传感器信号处理电路中，负反馈积分放大电路用于对传感器信号进行放大、积分处理，提高传感器的灵敏度。
四、负反馈积分放大电路的注意事项1.电路设计时，应选择合适的运算放大器和反馈电阻，以保证电路的稳定性和线性度。
2.在使用过程中，要注意电路的输入和输出阻抗，避免因阻抗不匹配导致的信号损失或反射。
3.为了提高电路的稳定性，可以采用多重反馈结构或添加稳定器等方法。
综上所述，负反馈积分放大电路具有稳定性好、线性度好、噪声抑制能力强等优点，广泛应用于音频放大器、通信放大器等电子设备中。
4负反馈对放大电路性能的影响
本继页续完
负反馈对放大电路性能的改善
一、稳定放大倍数
2. 增益恒定程度的定量分析
—dA—f
1 = ———
· d—A
Af (1+AF) A
上式表明 , 有负反馈时电 路受外界影响的增益相对变 化只是开环增益相对变化的 1/(1+AF)。
变 电压Af增益和电流增益
Xs 换 Xi
Xid 基本放大
XO
网
电路A
—|U—s | |Un |
闭环电路的信噪比的
+ 推- 导Un +
Us -
+ 开环放大
Ui -
电路Au1
Au1Us Au1Un
输出信号的信噪比
S / N =|—Au—1U—S | = —|U—S | |Au1Un | |Un |
- Un +
负反馈对放大电路性能的改善
二、减少非线性失真
1、负反馈减少非线性失
真原理。
引入负反馈尤其是深度负
反馈后,闭环放大电路( 反馈
环)的电压增益为：
Af
——1 F
=
—uu—io =常数<Au
电压增益虽然减少了，但
很大的范围内电压增益基本
是线性的。
注意：负反馈减少非线性 失真所指的是反馈环内的失 真。如果输入波形本身就失 真的,这时即使引入负反馈,也 是无济于事的。
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负反馈示减波器少演非示 线负性反馈失减少
2、负反馈得减以少减非少线。性失真
真过程
减少非线性 失真过程
非线性失真 过程演示
过程
Af
在比较环节上， Xi与Xf相减，得出 新的净输入Xid ， 造成预失真。
电子电路中的功率放大器稳定性问题如何解决
电子电路中的功率放大器稳定性问题如何解决在电子电路设计中，功率放大器扮演着重要的角色。
然而，功率放大器的稳定性问题常常困扰着电路设计师。
本文将探讨功率放大器稳定性问题的原因，并提出解决这些问题的一些方法和技巧。
一、功率放大器稳定性问题的原因功率放大器的稳定性问题主要源于其不稳定的极点和不稳定的传输参数。
这些问题可能导致放大器的振荡或频率失真，对电路性能造成严重影响。
1. 极点分布：功率放大器的稳定性受到其极点分布的影响。
极点的数量、位置和稳定性决定了放大器的行为。
若极点位于单位圆内或非线性区域，则放大器容易产生振荡。
2. 传输参数：功率放大器的传输参数对放大器的稳定性也有一定影响。
传输参数中的相位和增益特性对于信号的放大和传输至关重要。
信号的正反馈或相位延迟可能导致放大器产生振荡。
二、解决功率放大器稳定性问题的方法为了解决功率放大器稳定性问题，设计师可以采取以下一些方法和技巧。
1. 负反馈：负反馈是解决功率放大器稳定性问题的一种常见方法。
通过在放大器环路中引入一个反馈回路，可以有效减小放大器的非线性和相位失真。
负反馈能够降低放大器的放大倍数，并增加放大器的带宽和稳定性。
2. 补偿网络：利用补偿网络也可以改善功率放大器的稳定性。
补偿网络通常由电容器和电阻器构成，用于调整输出信号的相位和增益响应。
补偿网络的设计需要考虑到放大器的非线性和相位特性，以实现稳定的放大器性能。
3. 规避振荡：为了规避振荡问题，设计师可以采取一些措施。
例如，合理选择功率放大器的输入和输出端口的匹配网络，以确保输入输出的阻抗匹配。
此外，采用合适的功率分配和功率调控方法，避免功率放大器在工作过程中产生过大的信号波动。
4. 模拟仿真：使用模拟仿真软件，如SPICE等，可以帮助设计师在设计阶段对功率放大器的稳定性进行评估和优化。
通过构建电路模型并进行仿真分析，可以发现和解决潜在的稳定性问题，提前预测和改善功率放大器的性能。
5. 参数优化：在功率放大器设计中，参数优化也是关键的一步。
负反馈对放大电路性能的影响
Xo
Rif
U i Ii
U i Id
1
1 A F
1
Ri A F
If
F
Rif 1 RAi F
|1
A F
8.11
| 1
并联负反馈方块图
Rif Ri
开路放大倍
2.对输出电阻旳影响
数
⑴电压负反馈
开环放大器
将电压负反馈开环放大器输出用电压源旳等输效出电，阻反
馈网络只从输出端取电压,而不取电流。
U 'o I'o Ro Ao X d Xi=0
8.3.3 减小放大器非线性和内部噪声旳影响
• 放大器旳一种经典旳开环传播特征如图
8.9曲线1所示；它表白了Uo与Ui之间旳非 线性关系。
假如是 (1 A F ) 1
1—开环特征
Uo
2—闭环特征
即深度负反馈，闭
环放大倍数近似为
1/ F 传播特征近似
Ui
为一条直线。
图8.9放大器旳传播特征
8.3.3 减小放大器非线性和内部噪声旳影响
1
Ro AoR FG
结论：电压负反馈稳定输出电压,使输出电压 接近恒压。
⑵电流负反馈
• 将开环放大器输出电 流源等效如图8.13所
开环放大器 旳短路输出
示。
电流
I’o
Xi=0 +
Xd ASXd
Ro
_
U’o
开环放 大器输 出电阻
Ro
Xf F
图8.13 电流负反馈方块图
AS是 短 路 开 环 放大倍数 （即负载短 路时旳放大 倍数）。
⑵电流负反馈 反馈网络只从输出端取电流,而不取电压。
Rof
U 'o I'o
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。
负反馈放大电路原理
放大电路负反馈的原理特点一、提高放大倍数的稳定性引入负反馈以后，放大电路放大倍数稳定性的提高通常用相对变化量来衡量。
因为：所以求导得：即：二、减小非线性失真和抑制噪声由于电路中存在非线性器件，会导致输出波形产生一定的非线性失真。
如果在放大电路中引入负反馈后，其非线性失真就可以减小。
需要指出的是：负反馈只能减小放大电路自身产生的非线性失真，而对输入信号的非线性失真，负反馈是无能为力的。
放大电路的噪声是由放大电路中各元器件内部载流子不规则的热运动引起的。
而干扰来自于外界因素的影响，如高压电网、雷电等的影响。
负反馈的引入可以减小噪声和干扰，但输出端的信号也将按同样规律减小，结果输出端的信号与噪声的比值（称为信噪比）并没有提高。
三、负反馈对输入电阻的影响由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，所以引入负反馈后，在低频区和高频区放大倍数的下降程度将减小，从而使通频带展宽。
引入负反馈后，可使通频带展宽约（1+AF）倍。
四、负反馈对输入电阻的影响（a）串联反馈（b）并联反馈图1 求输入电阻1、串联负反馈使输入电阻提高引入串联负反馈后，输入电阻可以提高（1+AF）倍。
即：式中：ri为开环输入电阻rif为闭环输入电阻2、并连负反馈使输入电阻减小引入并联负反馈后，输入电阻减小为开环输入电阻的1/(1+AF )倍。
即：五、负反馈对输出电阻的影响1、电压负反馈使输出电阻减小放大电路引入电压负反馈后，输出电压的稳定性提高了，即电路具有恒压特性。
引入电压负反馈后，输出电阻rof减小到原来的1/（1+AF）倍。
2、电流负反馈使输出电阻增大放大电路引入电流负反馈后，输出电流的稳定性提高了，即电路具有恒流特性。
引入电流负反馈后，使输出电阻rof增大到原来的（1+AF）倍。
3、负反馈选取的原则（1）要稳定静态工作点,应引入直流负反馈。
（2）要改善交流性能，应引入交流负反馈。
（3）要稳定输出电压，应引入电压负反馈；要稳定输出电流，应引入电流负反馈。
负反馈对放大电路性能的影响
如图所示，如果正弦波输入信号xi经过放大后 产生的失真波形为正半周大，负半周小。引入负反
馈可以减小非线性失真。
1.3 展宽通频带
由于放大电路中电抗性元件的存在，以及三极管 本身的结电容的影响，使得放大倍数随频率变化而变 化。即中频段放大倍数较大，高频段和低频段放大倍 数随频率的升高和降低而减小，这样放大电路的通频 带就比较窄。
上式表明，负反馈放大电路闭环放大倍数的相对变化
量 ，等于开环放大倍数相对变化量 的
。也
就是说，虽然负反馈的引入使放大倍数下降了（1+AF）
倍，但放大倍数的稳定性却提高了（1+AF）倍
1.2 减小非线性失真
由于放大器件的非线性特性，当输入信号为 正弦波时，输出信号的波形将产生或多或少的非 线性失真。当输入信号幅度较大时，非线性失真 现象更为明显。
在中频段，由于放大倍数大，输出信号大，反馈信号也 大，则使净输入信号减小得也多，在中频段放大倍数有较明 显地降低。而在高频段和低频段，由于放大倍数较小，输出 信号也小，在反馈系数不变的情况下，其反馈信号也小，使 净输入信号减小的程度比中频段要小，使得高频段和低频段 放大倍数降低得少。这样，就让幅频特性变得平坦，上限频 率升高、下限频率下降，通频带得以展宽。
模拟 电子 技术 基础
负反馈对放大电路性能的影响
1.1 提高放大倍数的稳定性 1.2 减小非线性失真 1.3 展宽通频带 1.4 对输入电阻和输出电阻的影响
1.1 提高放大倍数的稳定性
引入负反馈后，放大倍数的稳定性可以 得到很大程度的提高。 在中频段：
对A求导数，可得
将上式等号的两边都除以 可得
1.4 对输入电阻和输出电阻的影响
1．对输入电阻的影响 （1）串联负反馈使输入电阻增大
负反馈电路的作用
负反馈电路的作用：
负反馈电路是一种常用的电路技术，其作用是稳定和改善放大器的性能。
具体而言，负反馈电路可以实现以下几个方面的功能：
1. 提高放大器的稳定性：负反馈电路将放大器的输出信号与输入信号进行比较，
并对差异进行修正。
这样可以减少放大器的非线性失真、漂移和噪声等问题，从而提高放大器的稳定性。
2. 扩大放大器的带宽：负反馈电路可以通过减小放大器的增益来扩大放大器的
带宽。
这是因为放大器的增益与带宽之间存在一种权衡关系，通过适当选择反馈电路的参数，可以在放大器的增益和带宽之间取得平衡。
3. 提高放大器的线性度：负反馈电路可以减小放大器的非线性失真。
通过将一
部分输出信号反馈到输入端，可以校正放大器的非线性特性，使得输出信号更加接近输入信号，从而提高放大器的线性度。
4. 降低输出阻抗：负反馈电路可以降低放大器的输出阻抗，使得放大器能够更
好地适配负载。
通过将一部分输出信号反馈到输入端，可以有效地降低输出阻抗，提高放大器的输出能力。
总的来说，负反馈电路的作用是通过将一部分输出信号反馈到输入端，对放大器的性能进行修正和优化，从而达到稳定、线性、宽带和适配负载等目的。
负反馈放大电路实验原理
负反馈放大电路实验原理
负反馈放大电路是一种常见的电子放大电路，其原理是利用负反馈机制来稳定放大电路的增益和频率响应。
在负反馈放大电路中，输出信号的一部分被回馈到输入端，与输入信号相比较，并通过比较器进行比较。
根据比较结果，通过增益调节器，可调节增益值使得输出信号与输入信号达到期望的比例关系。
通过引入负反馈，可以实现以下几个目的：
1. 提高放大电路的稳定性：负反馈可以抑制放大器的非线性失真，降低误差和扭曲，从而使得输出信号更加稳定和准确。
2. 控制放大电路的增益：负反馈可以通过增益调节器来控制放大器的增益大小，使得输出信号与输入信号之间的比例关系可以根据需要进行调整。
3. 拓宽频率响应：负反馈可以扩大放大电路的频率响应范围，提高放大器的带宽。
4. 降低噪声：负反馈可以降低噪声的影响，提高信噪比。
总之，负反馈放大电路通过引入负反馈机制，可以提高放大电路的性能和稳定性，使得输出信号更加准确和稳定。
负反馈对放大电路增益稳定性的影响
负反馈对放大电路增益稳定性的
影响
40/99
6.3 负反馈对放大器性能的影响
6.3.1 负反馈提高了增益的稳定性
6.3.2 负反馈可展宽放大器的频带宽度
6.3.3负反馈可改善放大器的非线性失真
6.3.4 信号源内阻对负反馈放大器性能的影响
6.3.5 负反馈对放大器输入阻抗的影响
6.3.6 负反馈对放大器输出阻抗的影响
41/99
6.3.1 负反馈提高了增益的稳定性 开环增益的稳定度： AB
A A +=1f 负反馈放大器的增益 由于某种原因，使基本放大器的增益由A →A '
B A A AB A A '+'-+=∆11f )
)(1(1B A AB A A-'++'==∆A f f ΔA A ∴1Δ1A A B A =⋅'+有反馈时增益的稳定性提高!
A A ∆f f A A ∆ 闭环增益的稳定度
小结： 加入反馈后，闭环增益的相对变化率是开环增益相对变化率的1/（1+A'B )，有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+A 'B )倍。
注意：在负反馈条件下增益的稳定性得到了提高，这里增益类别应该与反馈组态相对应。
如电压串联负反馈为A Uf , 电压并联负反馈为A Rf 。
深度反馈情况下1+A 'B >>1，可得： B
A 1f 42/99
制作单位：北京交通大学电子信息工程学院《模拟电子技术》课程组。
负反馈对放大电路性能的影响
（2）将输入电流i1转换成与之成稳定线性关系的输出电流io。 （3）将输入电流iI转换成稳定的输出电压uO。
±10%，此时闭环电压放大倍数 Af 的相对变化量等于多
少？ 解：① 反馈系数
F
U f U o
R1 R1 RF
2 2 18
0.1
反馈深度 1 A F 1 105 0.1 104
② 闭环放大倍数
.
.
A 105
Af 1 A F 104 10
③ Af 的相对变化量
dAf 1 dA 10% 0.001% Af 1 AF A 104
基本放大电路的通频带 反馈放大电路的通频带
fbw=fH-fL≈fH fbwf=fHf-fLf≈fHf
f (1 A F ) f
bwf
m
bw
20lg A
20lg Am
20lg Amf
3dB 3dB
fbw fbwf
fLf fL
fH fHf
f
负反馈对通频带和放大倍数的影响
6.5.4 减小非线性失真和抑制干扰
Ii
.
Ii
.
If
Ri
U i Ii
Rif
U i Ii
U i Ii If
U i Ii A FIi
图 6.5.3 并联负反馈对 Ri 的影响
得：
Rif
Ri 1 A F
结论：引入并联负反馈后，输入电阻减小为无负反
馈时的 1/ (1 A F ) 。
二、负反馈对输出电阻的影响
1. 电压负反馈减小输出电阻
高频段的放大倍数分别为 Amf 和 A Hf，上限频率为 fHf。
6.6 负反馈放大电路的稳定性
三、负反馈放大电路稳定性的判断 1、判断的方法
使 ϕ A + ϕ F = −180°的频率为 fo
& & 的频率为f 使 20 lg AF = 0 dB 的频率为 c
O ϕ A + ϕF
0° °
& & 20 lg AF
fc f fo f
当 f = fo 时， lg AF > 0 dB 20 & & & & 满足起振条件， 即 AF > 1 ，满足起振条件， 所以此放大电路闭环后会产生 自激振荡， 自激振荡，振荡频率为 fo 。
& & 定义f = fo时所对应的 20 lg AF 定义 的值为幅值裕度 幅值裕度G 的值为幅值裕度 m：
& & 20 lg AF
fc O ϕ A + ϕF
0° °
Gm fo
f f
& & Gm = 20 lg AF
− 90 ° − 180 ° − 270 °
ϕm
f = fo
稳定的负反馈电路的G 越大， 稳定的负反馈电路的 m <0，而且 Gm 越大，电路 ， 越稳定。通常认为G － 越稳定。通常认为 m ≤－10dB，电路就具有足够的幅 ， 值稳定裕度。 值稳定裕度。
− 90 ° − 180 ° − 270 °
& & 20 lg AF
当 f = fo 时， lg AF < 0 dB 20 & & & & 不满足起振条件， 即 AF < 1 ，不满足起振条件， 所以此放大电路闭环后不会产 生自激振荡。 生自激振荡。
O ϕ A + ϕF
负反馈对放大电路增益稳定性的影响
42/99
小结： 加入反馈后，闭环增益的相对变化率是开环
增益相对变化率的1/（1+A'B)，有反馈时增益的稳定 性比无反馈时提高了(1+A'B)倍。
深度反馈情况下1+A'B>>1，可得：Af
1 B
注意：在负反馈条件下增益的稳定性得到了提高，这
里增益类别应该与反馈组态相对应。如电压串联负反
馈为AUf, 京交通大学电子信息工程学院 《模拟电子技术》课程组
6.3.1 负反馈提高了增益的稳定性
开环增益的稳定度： A
A
闭环增益的稳定度 Af
Af
A
负反馈放大器的增益
Af
1 AB
由于某种原因，使基本放大器的增益由A→A'
Af
A A 1 AB 1 AB
A -A A
(1 AB)(1 AB)
ΔAf 1 ΔA Af 1 AB A
有反馈时增益的稳定性提高!
负反馈对放大电路增益稳定性的 影响
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6.3 负反馈对放大器性能的影响
1. 负反馈提高了增益的稳定性 2. 负反馈可展宽放大器的频带宽度 3. 负反馈可改善放大器的非线性失真 4. 信号源内阻对负反馈放大器性能的影
响 5. 负反馈对放大器输入阻抗的影响 6. 负反馈对放大器输出阻抗的影响
41/99
负反馈放大电路的稳定性问题
负反馈放大电路的稳定性问题
1. 负反馈放大电路的自激振荡
实际上，放大电路在高频区或低频区将产生附加相移，如果 附加相移达 或 18，0 则此时18负0 反馈变为正反馈，这时只要反 馈信号足够大，就会产生自激振荡，而与是否有外加输入信 号无关。所以负反馈放大电路自激振荡的根本原因是电路中 的附加相移。
2. 负反馈放大电路稳定工作的条件
••
•
当 1 A时F， 0 ，会A出f 现 ，
•
Xi 0
即 “自激”。所以负反馈放大电路的自激条件是： ••
A F 1
也可以写成
•
AHale Waihona Puke •F1A F (2n 1)
•
X o const
••
实际上， A F 1 为自激振荡建立后的振幅条件，称为平衡条
件；而在自激振荡的起始阶段，振幅条件是 条件。
••
AF
1，称为起振
为使负反馈放大电路能稳定工作，必须满足在
A F (2n 1) 时，
••
AF 1
这就是判别负反馈放大电路稳定工作的条件。
模拟电子技术
放大电路稳定性分析
放大电路稳定性分析放大电路是电子设备中常见的一种电路结构，用于增强输入信号的幅度。
然而，在实际的电路设计中，放大电路往往面临着稳定性的挑战。
本文将对放大电路的稳定性进行分析，并探讨稳定性影响因素及相关解决方法。
一、稳定性影响因素1. 必要条件：放大电路的稳定性首先要满足稳定的必要条件，即回路增益(Av)大于或等于1。
否则，输入信号的放大倍数将大于输出信号的放大倍数，导致电路不稳定。
2. 负载特性：放大电路的负载特性对稳定性有较大的影响。
负载特性包括负载电阻、负载电容等，当负载特性改变时，放大电路的频率响应也会发生变化，从而影响稳定性。
3. 回路放大器的参数：回路放大器中的元器件参数对稳定性有直接影响。
例如，误差放大器中的增益(Ao)和带宽(BW)决定了回路放大器的频率特性，当这些参数与其他元器件匹配不良时，会导致放大电路的稳定性下降。
4. 温度变化：温度变化会使放大电路中的元器件参数发生变化，进而影响放大电路的稳定性。
尤其是在高温环境中，电子器件的性能非常敏感，需要特别注意温度对稳定性的影响。
二、稳定性分析方法1. 极点分析法：通过求解放大电路的传输函数，找出系统的极点位置，并判断这些极点是否位于单位圆内。
若极点全部位于单位圆内，则放大电路是稳定的；若极点有一个或多个位于单位圆外，放大电路将是不稳定的。
2. Nyquist稳定性判据：通过绘制Nyquist稳定图，将放大电路的传输函数映射到复平面上，根据图形的形状判断系统的稳定性。
若Nyquist曲线不围绕点(-1, 0)，则放大电路是稳定的；若Nyquist曲线围绕点(-1, 0)时穿过右半平面，放大电路将是不稳定的。
三、稳定性改善方法1. 添加补偿网络：当放大电路的频率特性不稳定时，可以通过添加补偿网络来改善稳定性。
补偿网络通常包括电容、电阻等元器件，用于调整回路的频率响应。
2. 负反馈控制：负反馈是一种常用的稳定性改善手段，通过在放大电路中引入反馈路径，将一部分输出信号与输入信号相减，实现对放大倍数的精确控制。
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(2)、滞后补偿
（a）简单滞后补偿 设放大电路为直接耦合方式，反馈网络为电阻网络。
..
20lg│AF│
－20dB/十倍频 －40dB/十倍频
C)
AF
Am F
(1
j
f
f
' H1
)(1
j
f fH2
)(1
j
f) fH3
补偿后，当 f fH2时，20lg AF 0dB。
补偿前
补偿后
滞后补偿法 是以频带变窄 为代价来消除 自激振荡的。
最大附加相 移为-135°
具有45°的相位 裕度，故电路稳定
（b）RC滞后补偿
为了改善通频带变窄的程度，利用RC校正网络代替电容校正 网络
反馈深度越深，越容易自激
例题1：已知负反馈放大电路中反馈网络为纯电阻网络，基本放大
电路的增益 A
105
1
f j 102 Hz
1
j
f 2 104 Hz
2
（1）画出基本放大电路的波特图；
（2）若要求负反馈有45°的相位裕度，求20lg AF的最大值？
解：（1）
A
105
1
jf 102 Hz
F3=0.01时，MN线 为20lg AF=0dB。 20lg AF=0dB这条 线与幅频特性的交
点称为切割频率fC。 此时 AF=1，
A=－180，
幅度和相位条件都
满足自激条件，所
以20lg AF=0dB这 条线是临界自激线。
结论：
F 越大，表明 反馈深度越深
F
越大，水平线
20 lg
1 F
下移，越 容易自激
解: (1)
20 lg A dB
140 120 100 80 60 40 20
A
106
1
jf 102
1
jf 104
2
0
102 103 104 105
f HZ
0 90 180
f HZ
(2)电路不稳定
(3) 20lg 1 100dB F
F 105
三、自激振荡的消除方法
(1) 减小反馈系数F或减小反馈深度|1+AF|的 值，使相位移ΔΦAF=1800 时， |AF|<1。
•
•
| X d |＜| X i |
为负反馈。
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
•
•
| X d |＞| X i |
变为正反馈。
2. 产生自激振荡的原因
•
•
•
× Xi +
Xd 基本放大电路
A
Xo
– •
Xf 反馈网络
F
若在输入信号为零时，因为某种电扰动（如合闸通电），其中
f
f
' H
2
，取代
fH3 1
1
j
f
f
' H1
1 j f fH1
若f
' H
2
fH2，则AF
(1
j
Am F
f
f
' H1
)(1
j
f) fH3
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
补偿前
RC滞后补偿后 的幅频特性
max 90 o max 180 o
稳定 稳定
三级以上的负反馈才可能自激
2、
若max 180 o时
AF<1
不自激
AF=1
临界
AF>1
自激
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。
（3分）
例题2:已知一个反馈放大器是电压串联负反馈，反馈网络是纯电阻网
络，开环电压增益的表达式为：
A
1
106
j
f 102
1
f j 104
2
（1）画出该开环电压增益的波特图。
（2）若采用深度负反馈用它构成一个电压跟随器，电路是否稳定？
（3）若要求电路的幅值裕量为-20dB，反馈系数最大应为多少？
O
Au
(1
105
j
f 104
)(1
j
f 106
)(1
j
f 107
)
102 103 104 105 106 107 108 lg f lg f
相频特性曲线的
Y坐标是附加相移A。 当A=－180时，即
图中的S点对应的频 率称为临界频率fO。 当f= fO时，负反馈变 成了正反馈，只要信 号幅度满足要求，即 可自激。
6.6 负反馈放大电路的稳定性
一. 产生自激振荡的原因及条件 1. 自激振荡现象
在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产 生一定频率、一定幅值的信号输出。
+
+
ui -
+
放大器
+
+
uo
RL
-
+
2. 产生自激振荡的原因
•
•
•
× Xi +
Xd 基本放大电路
A
Xo
– •
Xf 反馈网络
F
•
•
•
中频时： X d X i X f
思路：设法在 A的表达式的分子中引入一个零点，与其 分母中的一个极点相抵消，同时降低主极点，从而使 频带尽量宽一些，这种方法常称为“极零抵消补偿法”
RC 滞后补偿：在最低的上限频率所在回路加补偿。
AF
Am F
(1 j f )(1 j f )(1 j f )
补偿电路
fH1
fH2
1 补偿后产生系数：
j
fc
fc
f0
f0
三、负反馈放大电路稳定性的判断
方法一： 满足： 20lg AF 0dB 20lg AF(dB)
a f 180
则放大器稳定。否则自激。
0
A F
0
方法二：
满足： a f 180
-90° -180°
20lg AF＜0dB
则放大器稳定。否则自激。
稳定性的判断
当Gm≤－10dB且φm＞45º，才 具有可靠的稳定性。
再此进时一放步大加电大路反
馈有量40，d设B 反的馈增系益数， F3=10-2，闭环波特 图AF与=开10环0×波1特0-图2=交1，
P正"好点满，足对放应大的电附路加
相自移激的A幅=－度1条80件。，当
放大电路的工作频率 提放高大到电对路应产P生"自点激处。 的频率时，满足自激
的相位条件。
在图中，当
AF
Am F
(1 j f )(1 j f )(1 j f )
fH1
fH2
fH3
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
简单滞后补偿电路
补偿前
fH1
2
( Ro1
1 //
Ri2 )Ci2
高频等效电路
补偿后
f H 1
2 (Ro1
//
1 Ri2 )(Ci2
1
j
f 2 104 Hz
2
20lg A dB 100
80 60
54
40
20
0
（2）
20 lg AF 100 dB 64dB 36dB 0
max
-90°
-180°
-270°
（3分）
10
102
103
104 2×104 105
f / Hz
10
102
103 2×103 104
105 2×105 f / Hz
满足起 振条件
不满足 起振条件
fc
f0
Gm
20
lg
AF f
fo
幅值
fc
裕度
Gm
f0
φm
电路不稳定
电电路路稳稳定定
相位裕度
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。
Gm
20lg
AF f
fo
m 180o AF f fC
判断能否自激的方法一：
1、画出 AF的波特图
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。
三、超前补偿校正
••
20lg| AF | / dB
60
若改变负反馈放大电路
40 20
在环路增益为0dB点的 0
相位，使之超前，也
• •
AF
能破坏自激振荡条件，
使f0>fc
缺点： 反馈深度下降，不利于放大电路其它性能的改善。
实际电路中常采用接电容和RC网络进行校正，消除 自激振荡。
思考 如果20lg A在0dB线以上只有一个转折频率，则无
论反馈深度如何，电路都能稳定工作，对吗？
0dB线以上只有一个转折频率，则 20lg A 在0dB线以上的
斜率为-20dB/十倍频程。 无论反馈深度如何，相交点都交在 20lg A 的-20dB/十倍 频程处，放大电路是稳定的。