發(fā)生在放大電路中的自激振蕩是有害的,必須設(shè)法消除。最簡單的方法是減小反饋深度,如減小反饋系數(shù),但這又不利于改善放大電路的其他性能。為了解決這個矛盾,常采用頻率補償?shù)霓k法(或稱相位補償法)。其指導(dǎo)思想是:在反饋環(huán)路內(nèi)增加一些含電抗元件的電路,從而改變的頻率特性,破壞自激振蕩的條件,例如使 ,則自激振蕩必然被消除。
頻率補償?shù)男问胶芏啵旅嫦冉榻B滯后補償。設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)。
滯后補償是在反饋環(huán)內(nèi)的基本放大電路中插入一個含有電容c的電路,使開環(huán)增益的相位滯后,達到穩(wěn)定負反饋放大電路的目的。
1. 電容滯后補償
(a)
(b)
(c)
圖1
由前面的分析及穩(wěn)定裕度的要求可知,若 的幅頻特性曲線在0db以上只有一個轉(zhuǎn)折頻率(拐點),且下降斜率為–20db/十倍頻程,則屬于只有一個rc回路的頻率響應(yīng),最大相移不超過–90°。若在它的第二個轉(zhuǎn)折頻率(拐點)處對應(yīng)的,且此處的最大相移為–135°(有45°的相位裕度),這樣的負反饋放大電路是穩(wěn)定的,因此電容滯后補償即按此思路進行。
這種補償是將電容并接在基本放大電路中時間常數(shù)最大的回路里,即前級的輸出電阻和后級的輸入電阻都比較大的地方,如圖1(a)所示。圖1(b)是該補償電路的高頻等效電路。其中ro1為前級的輸出電阻,ri2為后級的輸入電阻,ci2為后級的輸入電容。未加電容前該反饋放大電路環(huán)路增益的幅頻特性如圖1(c)中的虛線所示,此時的上限頻率為
加補償電容c后的上限頻率為
只要選擇合適的電容c,使得修改后的幅頻特性曲線上,以–20db/十倍頻程斜率下降的這一段曲線與橫軸的交點剛好在第二個轉(zhuǎn)折頻率fh2處,此處的 ,如圖1(c)中的實線所示,此時的(φa+φf)趨于–135°,即 ,且保證φm≥45°,所以負反饋放大電路一定不會產(chǎn)生自激振蕩。
2. rc滯后補償
(a)
(b)
(c)
(d)
圖2
電容滯后補償雖然可以消除自激振蕩,但使通頻帶變得太窄。采用rc滯后補償不僅可以消除自激振蕩,而且可使帶寬得到一定的改善。具體電路如圖2(a)所示,圖(b)是它的高頻等效電路。通常應(yīng)選擇 ,c≥ci2,所以可將圖(b)簡化為圖(c)的形式,其中
,
它的電壓傳輸函數(shù)為
式中 = ,
設(shè)未加rc補償電路前,反饋放大電路的環(huán)路增益的表達方式為
其幅頻特性如圖2(d)中虛線所示。
只要選擇合適的rc參數(shù),使 ,那么加入rc補償電路后,環(huán)路增益的表達式即變?yōu)?br>
此式說明,加入rc補償電路后,環(huán)路增益的幅頻特性曲線上只有兩個轉(zhuǎn)折頻率,而且如果 的選擇,使得修改后的幅頻特性曲線上以–20db/十倍頻程斜率下降的這一段曲線與橫軸的交點剛好在fh3處,此處的 ,如圖2(d)中實線②所示,此時的( )趨于–135°。所以加入rc滯后補償?shù)呢摲答伔糯箅娐芬欢ú粫a(chǎn)生自激振蕩。
圖2(d)的虛線①是采用電容滯后補償?shù)姆l特性,很顯然,rc滯后補償后的上限頻率向右移了,說明帶寬增加了。
前兩種滯后補償電路中所需電容、電阻都較大,在集成電路中難以實現(xiàn)。通??梢岳妹芾招?yīng),將補償電容等元件跨接于放大電路中,如圖3(a)、(b)所示,這樣用較小的電容(幾皮法~幾十皮法)同樣可以獲得滿意的補償效果。
(a)
(b)
圖3