集成运放构成的基本负反馈电路

5.6负反馈放大电路的稳定问题5.6.1自激振荡与稳定条件5.6.2稳定裕度5.6.3消除自激振荡的方法自激振荡的原因：在中频区内，忽略了放大电路的各电抗元件的影响，使得在用瞬时极性法分析时输出与输入之间的相位不是同相就是反相。实际上放大电路的增益和反馈网络的反馈系数均是复数。•在全频率范围内考虑放大电路的幅频特性和相频特性时，就必须考虑放大器中各电抗器件的影响。•反馈网络中含有电阻以外的其它电抗器件时，必然也会产生附加相移。如果经放大电路和反馈网络的反馈信号与输入信号反相，则增强了放大电路的静输入信号，由中频区的负反馈变成了正反馈。这时即使没有输入信号，放大电路也会有输出信号产生。放大电路的附加相移是导致深度负反馈时出现自激振荡的最本质的原因。5.6.1自激振荡及稳定条件然而反馈过深，有时放大电路就不能稳定地工作，从而产生振荡现象，称为放大电路的自激。这时，即使不加任何输入信号，放大电路也会产生一定频率的信号输出。这种现象破坏了放大电路的正常工作，应该尽量避免并设法消除。负反馈对放大电路性能的改善取决于反馈深度或环路增益的大小，值越大，放大电路的性能越优良。1AFAFAF3、自激振荡的条件ooi0XXX维持时，ooXFAX1AF＝)()12(1为整数nnFAFA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1FA5.6.1自激振荡及稳定条件（1）幅值条件：（2）相位条件：1AF021180,0,1,2afnn1.自激振荡现象负反馈放大电路产生自激振荡的条件分别为：即使不加任何输入信号，放大电路也会产生一定频率的信号输出，称为放大电路的自激。5.6.1自激振荡及稳定条件5.6.2稳定裕度1.稳定判据负反馈放大电路是否产生自激振荡，取决于幅度条件和相位条件是否同时满足。幅度条件和相位条件不能同时具备时，电路不会产生自激振荡，因而负反馈放大电路稳定工作的条件是：当时，或当时，。1AF0180af0180af1AF通常利用环路增益的波特图来判别负反馈放大电路是否会产生自激振荡，如图。AF当时，与对应的幅频特性表明，或，满足自激振荡条件。ff0180af20lg0AF1AF（2）从幅度条件看相位条件当时，即，它对应的附加相移，可见必有的频率,满足的条件。因而如图对应的负反馈放大电路,必将产生自激振荡。Gff20lg0AF1AF0180afGff0180af20lgAFdBfGfff00af018003600（1）从相位条件看幅度条件5.6.2稳定裕度如图，当时，，但与之对应的幅频特性表明，或，不能满足自激振荡条件。ff0180af20lg0AF1AF当时，，即，但它对应的附加相移，也不满足自激振荡条件。因而，如图对应的负反馈放大电路不会产生自激振荡。Gff20lg0AF1AF0180afGf20lgAFdBffoaf0o180ofmmG5.6.2稳定裕度从工程观点来看，仅仅保证放大电路不产生自激是远远不够的，因为如果放大电路刚刚能稳定工作，但条件（如环境温度、电源电压、电路参数等）稍有变化时，本来稳定工作的电路就有可能重新产生自激振荡。为此，要求放大电路具有一定的稳定裕度，它包括增益裕度和相位裕度。2.稳定裕度（1）增益裕度20lgAFdBffoaf0o180ofmmG如图，当的附加相移时，其对应的环路增益即为增益裕度。若此时的频率用表示，则AF180oafmGf20lg()mffGAFdB稳定的负反馈放大电路的增益裕度为负值，且要求10mGdB5.6.2稳定裕度20lgAFdBffoaf0o180ofmmG（2）相位裕度如图，若时所对应的频率为，则20lg0AFdBGf180()omGf稳定的负反馈放大电路的相位裕度为正值。为保证负反馈放大电路不产生自激振荡，通常要求。45om5.6.2稳定裕度5.6.3消除自激振荡的方法对于负反馈放大电路，消除自激振荡的方法就是破坏产生自激振荡的相位条件和幅度条件。为消除高频区可能产生的自激，最简单的方法是减小反馈系数（或反馈深度）。用减小达到消除自激振荡的办法虽然简单可行，但同时使反馈深度下降，不利于放大电路其它性能指标的改善。为了解决这个矛盾，常采用相位补偿法（或称频率补偿法）。FF相位补偿法是在反馈放大电路的适当部分加入网络，以改变的频率响应，使得反馈放大电路在增益裕度和相位裕度满足要求的前提下，能获得较大的环路增益。RCAF相位补偿法有多种形式，主要介绍滞后补偿法。滞后补偿法是在基本放大电路中加入一个电路，使开环增益的相位滞后，以达到稳定的目的。RCA1。电容滞后补偿为达到理想的补偿效果，要求将电容C接在时间常数最大的回路中，即前级输出电阻和后级输入电阻都比较大的地方，如图a和b所示。此时，电路的附加相移是滞后的，故称滞后补偿。由于加入了电容C，使上限频率降低，以破坏幅度平衡条件。但其通频带变窄,故又称窄带补偿。A1A2CiV1VoVviRbRcT1T2CRe+VCC)j(1)j(1)j(1H3H2'H1mmffffffFAFA。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。1、简单滞后补偿补偿前补偿后2.RC滞后补偿将RC串联网络接在时间常数最大的回路中，如图a和b所示。由于加入了RC串联网络，使补偿后的频带比电容补偿时损失小一些。viRbRcT1T2CRe+VCCRA1A2CiV1VoV2、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(1H3H2H1mmffffffFAFAH1'H1'2Hj11j1j1ffffff，取代补偿后产生系数：)j(1)j(1H3'H1mm2H'2HffffFAFAff，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。3。密勒效应补偿以上两种补偿所需电容较大。在集成电路中，常采用密勒效应补偿，如图所示。在电路中接入较小的电容C（或RC串联网络），利用密勒效应以达到增大电容（或增大RC）的作用，获得同样的效果。如集成运放内部电路的中间级在基极和集电极之间接一个30pF的小电容，如图所示。741AviT1T2R2+VCCR1I30PFA1A2CiVoVA1A2CiVoVR补偿前补偿后3、密勒补偿'C'C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。CkC)1('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。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？