自激震荡的产生及相位补偿方法

产生原因
1. 电容对信号的超前和滞后作用
要分析自激震荡,首先得了解电路中的相移。放大电路中使信号发生相移的罪魁祸首主要在于电容。如果电容串接在电路中,则构成高通滤波电路,在截止频率之前相位超前90°(π/2),之后相移为0,如图1所示;如果电容在电路中并联接地(比如晶体管的极间电容),则构成低通滤波电路,在截止频率之前相移为0,之后相位滞后90°(-π/2),如图2所示。相频响应如下图所示:
图1 图2
2. 自激震荡的产生条件
为了减小温度的影响,放大电路一般采用深度负反馈闭环放大,这样闭环放大倍数为反馈量的倒数,af=1/f;由于电路中电容的存在,信号会发生附加相移,如果在某个频点环路增益(af)附加相移为nπ,则负反馈在该频点将变为正反馈,若此时af》1,则微弱信号将闭环回路中不断放大(起振),当af=1时,将形成自激震荡。
如果电路采用直接耦合的方式(电容均以并联/旁路形式出现),并且反馈网络为纯电阻(不发生相移),则附加相移仅产生于放大电路,且为滞后相移,并且每级晶体管的最大相移为-90°(高频),如图2所示,级数越多越容易产生高频振荡。对于两级晶体管放大电路,理论上f=∞时才会相移-180°,因此不会发生自激震荡,所以一般三级放大电路最常见。
消除方法
滞后补偿
简单滞后补偿:在中间级的输出并联一个小电容,让高端截止频率变小,从而使180°反馈点自激增益不满足。
rc滞后补偿:简单滞后补偿的补偿电容串接一个小电阻
密勒滞后补偿:可与c串接电阻,等效补偿电容值为c*a2
超前补偿:反馈电阻并联补偿电容,改变负反馈放大电路在环路增益为0db点的相位,使之超前。
f1=1/(2πr2c) f2=1/(2π(r1//r2)c)

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