放大電路中的自激震盪及相位補償方法


自激震盪

產生原因
1. 電容對信號的超前和滯后作用
要分析自激震盪,首先得了解電路中的相移。放大電路中使信號發生相移的罪魁禍首主要在於電容。如果電容串接在電路中,則構成高通濾波電路,在截止頻率之前相位超前90°(π/2),之后相移為0,如圖1所示;如果電容在電路中並聯接地(比如晶體管的極間電容),則構成低通濾波電路,在截止頻率之前相移為0,之后相位滯后90°(-π/2),如圖2所示。相頻響應如下圖所示:
              
                    圖1                                             圖2
 
2. 自激震盪的產生條件
為了減小溫度的影響,放大電路一般采用深度負反饋閉環放大,這樣閉環放大倍數為反饋量的倒數,Af=1/F;由於電路中電容的存在,信號會發生附加相移,如果在某個頻點 環路增益(AF)附加 相移為nπ,則負反饋在該頻點將變為正反饋,若此時AF>1,則微弱信號將閉環回路中不斷放大(起振),當AF=1時,將形成自激震盪。
 
如果電路采用直接耦合的方式(電容均以並聯/旁路形式出現),並且反饋網絡為純電阻(不發生相移),則附加相移僅產生於放大電路,且為滯后相移,並且每級晶體管的最大相移為-90°(高頻),如圖2所示,級數越多越容易產生高頻振盪。對於兩級晶體管放大電路,理論上f=∞時才會相移-180°,因此不會發生自激震盪,所以一般三級放大電路最常見。
 
消除方法
滯后補償
簡單滯后補償:在中間級的輸出並聯一個小電容,讓高端截止頻率變小,從而使180°反饋點自激增益不滿足。
RC滯后補償:簡單滯后補償的補償電容串接一個小電阻
密勒滯后補償:可與C串接電阻,等效補償電容值為C*A2
           
 
超前補償:反饋電阻並聯補償電容,改變負反饋放大電路在環路增益為0dB點的相位,使之超前。
        f1=1/(2πR2C)         f2=1/(2π(R1//R2)C)
   


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