模拟电子技术题目解答第三部分共16题

  【题目13】：用波特图说明电容滞后补偿电路消除自激振荡的原理。  

【相关知识】：反馈放大电路的频率响应和主极点频率、临界自激线和相位裕度等。

【解题方法】：通过画出接入滞后补偿电容前后放大电路的开环频率特性，可看到放大电路由不稳定变为稳定。

【解答过程】：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。电容滞后补偿能人为地降低主极点频率（），拉开它与第二个极点频率的距离，使幅频特性提前开始下降，而让相频特性在到达零之前缓慢下降，从而获得一定的相位裕度。

        例如，图12是某个开环放大器的频率特性，其表达式为

        画出它的频率特性如图13所示，若接成负反馈电路，设反馈系数，则，相应的水平线M1N1位于临界自激线（与相对应的线）之下，表明放大电路闭环后肯定处于不稳定状态。

        如果在主极点频率所在的低通环节内，接入一个补偿电容，使下降为，则开环频率特性表达式变为

图13 电容滞后补偿消除自激振荡的原理

        经补偿后的开环幅频和相频特性如图13中的虚线所示。可看到补偿后获得了的相位裕度，因而补偿后的放大电路是稳定的。

        应该指出，用电容滞后补偿有一个明显的不足之处，即牺牲了放大器的通频带宽度。由图13可见，开环带宽由Hz减小为Hz，闭环带宽只有约Hz，如果取得更大，则更低，虽然相位裕度有所增大，但通频带将更窄。

        若改用阻容补偿法和超前补偿法，其闭环增益的通频带比电容滞后补偿要宽。

  【题目14】：滞后补偿电容应加在放大电路中的哪一级最有效？  

【相关知识】：多级放大电路开环频率特性、上限频率。

【解题方法】：加滞后补偿电容是为了让主极点频率下降，所以在补偿时，应在该放大电路中上限频率最低的一级加补偿电容。

【解答过程】：当负反馈放大电路产生自激振荡时，需通过加补偿电路的方法消振，最简单易行的方法是加滞后补偿电容，简单滞后补偿的缺点是使频带变窄。滞后补偿的原则是在消振的前提下使放大电路频带的变化尽可能小。那么应在哪一级加补偿电容呢？

        若直接耦合放大电路引入交流负反馈，且反馈网络是纯电阻网络，则说明附加相移仅由放大电路产生。加滞后补偿电容是为了让主极点频率下降，所以在消振时，理论上应该在放大电路中上限频率最低的一级加消振电容，因而确定哪一级的上限频率最低是关键。可根据频率响应的基本知识估算上限频率，例如对于共射放大电路，上限频率，为发射结等效电容，R为所在回路的等效电阻。由于，式中为中频电压放大倍数，为负值。

        因而电压放大倍数最大的那一级往往是上限频率最低的。如在三级电压放大电路中，中间级常为主放大级，放大倍数的数值最大，因而消振电容常加在中间级放大管的基极和地之间或c-b之间。

        例如，图14所示的放大电路中，由于第一级和第三级均在发射极接有射级电阻，电压放大倍数的数值通常均比第二级小，因此，若产生高频振荡，则应考虑在T2管基极与地之间或T2的b-c之间加一小电容。当然，如已知电路的具体参数，则可通过计算来粗略估算补偿电容C的大小。

图14 加补偿电容克服自激

  【题目15】：负反馈放大电路中有时为什么还引入正反馈？  

【相关知识】：正负反馈及其对输入电阻的影响。

【解题方法】：在引入负反馈的同时，引入适当的正反馈，可以有效地增大输入电阻。

在阻容耦合放大电路中，常在引入负反馈的同时，引入合适的正反馈，通常它们的目的具有一致性。

        例如，在图15所示电路中，为保证耦合电容C1有自身的充放电回路，R1+R2必须接入，但因此降低了放大电路的输入电阻。分析时电容C1、C2对于交流信号均可视为短路，可知其存在两路反馈，第一路为输出电压通过R4和并联电阻R2//R3分压后接到反相输入端，是电压串联负反馈；另一路为通过C2和R1接同相输入端，所引入的是正反馈。

        第一路串联负反馈增大了输入电阻，并使运放稳定工作。另一路正反馈虽然在某些方面削弱了负反馈的影响，但在增大输入电阻这一点上与前者目的相同。若断开C2，则正反馈不存在，因为从集成运放同相输入端看进去的等效电阻无穷大，所以电路的输入电阻约为（R1+R2）。而引入正反馈后， R2和R3并联，从集成运放同相输入端看进去的等效电阻仍趋于无穷大，R1中的电流

        R1等效到放大电路输入端的电阻为

        在负反馈足够深的情况下，，因而将比R1增大许多倍（视反馈深度大小），从而使整个放大电路的输入电阻不致因R1支路的存在而降低。这种通过引入正反馈提高输入电阻，从而提高输入电压的方法称为“自举”，这类电路因而称为自举电路。

图15 引入正反馈的自举电路

  【题目16】：波形发生电路所产生的自激振荡与负反馈放大电路所产生的自激振荡有什么不同？  

【相关知识】：负反馈电路产生自激振荡的原因，波形发生电路产生自激振荡的条件。

【解题方法】：这是两种不同接法下，对振荡条件的不同表示形式，其实质都是要求净输入信号环绕一周后所得的信号应与完全相同，即不仅相位相同，幅值也相等。

【解答过程】：负反馈放大电路要求在通带内接成负反馈，，但在通带外，由于附加相移的存在，就可能转换为正反馈，对满足，条件的频率点将产生自激振荡。其方框图如图16所示。

图16 自激振荡方框图

        在自激时，，所以要求，从而得出产生自激振荡的条件为（），用于强调负反馈转变为正反馈并发生自激振荡的条件。

        波形发生电路为了产生所要求的波形，在通带内就接成正反馈，，其方框图为图17所示。

图17 波形发生电路方框图

        为了产生自激，在时，要求，所以自激条件为（）。可见这是两种不同接法下，对振荡条件的不同表示形式，其实质都是要求净输入信号环绕A和F电路一周后所得的信号应与完全相同，即不仅相位相同，幅值也相等。

        负反馈放大电路中的自激是要防止的，要采取措施破坏自激条件；波形发生电路中的自激则是需要维持的，所以要在电路的组成上和元件的选用上加以保证。