负反馈放大电路自激振荡的消除方法讨论

刘婉晴

摘要：负反馈对于改进放大器的多项性能具有重要作用，而且随着反馈深度的增加改进性能会显著增强，值得注意的是负反馈的引入会影响到放大器运行的稳定性，主要原因在于其引发自激振荡。基于以上内容，本文着重分析负反馈放大电路自激振荡的产生原因、条件、稳定性等，总结并提出自激振荡的消除对策。

关键词：负反馈放大电路;自激振荡;原因;消除方法

自激振荡是指没有外部激励信号作用的情况下所产生的一种稳定且持续的震荡，站在数学的角度来看，自激振荡出现在某些非线性系统中，表现为自由震荡[1]。在负反馈放大电路中，自激振荡是指负反馈放大电路的使用过程中，对放大电路的输出信号进行监测，可以发现其频率和幅值不同于输入信号，甚至在没有输入信号的情况下产生输出信号，最为典型的就是直流电转变为交流电。负反馈电路中自激振荡的存在会对电路造成负面影响，基于此，需要深入研究自激振荡的产生原因及条件，确定其对负反馈放大电路稳定性的影响，进而确定消除对策，提升负反馈放大电路的稳定性[2]。

一、负反馈放大电路自激振荡产生的原因及条件

负反馈放大电路在工作过程中，如果发生工作位于通频带意外的情况，相移会明显增大，就有可能造成负反馈电路成为正反馈，引发负反馈放大电路自激振荡，如图1所示。

此时，可以总结负反馈放大电路自激振荡的两大产生条件

二、负反馈放大电路稳定性的分析

放大电路具体使用过程中，提升开环放大倍数的方法多为连接更多放大电路，此时在多个串联的放大电路中植入一个负反馈，将会造成放大电路运行相位信号的偏移，出现自激振荡的问题，给放大电路的正常运行造成负面影响。综合近些年关于负反馈放大电路的研究发现，AF（环路放大倍数）附加相移与自激振荡的产生之间存在密切联系，可以通过分析AF附加相移来判断放大电路是否可以稳定运行[3]。基于此，单管、两级放大电路可以保持保持较高的稳定性，能够在负反馈植入的情况下保持正常工作，当放大电路达到三级及以上时，相移为180°的频率将会存在。此时，放大电路也就具备了产生自激振荡的基础条件，当>1的信号被给予时，整个方法电路就会在负反馈的影响下产生自激振荡。除此之外，相关研究指出，随着放大电路级数的增加以及引入负反馈深度的增加，自激振荡的发生率就越高。

除以上内容外，负反馈放大电路的稳定性受到诸多外界因素的影响，如电源、电压、大气压力等，在日常使用过程中需要注重以上因素，采取相应的对策来稳定负反馈放大電路。例如将负反馈放大电路置于恒温箱内以减轻温度对频率稳定性的影响、做好负反馈放大电路电源的稳压工作以减轻电压波动对频率稳定性的影响等[4]。

三、负反馈放大电路自激振荡的消除方法

1.电容矫正

消除负反馈放大电路自激振荡均需要从其产生条件入手，而且在正常情况下，上文两个可以造成负反馈放大电路自激振荡的条件中一项被消除，整个放大电路的自激振荡问题都将得到解决。电筒矫正主要通过破坏自激振荡的幅值条件来达到消除自激振荡的目的。电容矫正中往往选择整个电路中时间常数最大的回路，确定一个合适的电容C连接在两侧，以至于其时间常数进一步扩大，降低对应拐点频率，使得高倍放大倍数显著降低，幅值也对应降低到0°以下（图2）。从总体上看，电容矫正的方法具有操作简单的优势，但对电容C的容量要求较高，而且电容矫正作用下的负反馈放大电路频带会明显变窄，不利于负反馈放大电路反映快速变化[5]。

2.RC滞后补偿

RC滞后补偿是在电容补偿的基础上增加一个电阻R，其目的是纠正电容滞后补偿造成的频带降低问题，使其可以在一定程度上展宽（图3）。RC滞后补偿中需要正确平衡电阻R与电容C的关系，确保其引入的零点可以与次极点f2相同，进而消除次极点这一因子的影响，此时次极点f2被更大的次极点f3所取代，带宽就会得到明显改善，同时负反馈电路的自激振荡问题也得到改善。

3.超前补偿法

超前补偿法的原理是将0°的相位向前移动，在0°超前的影响下，负反馈放大电路自激振荡的相位条件被破坏，自激振荡电路也顺利消除，负反馈放大电路恢复至稳定状态（图4）。超前补偿电路在Rf的两端分别接上电容C，F的相频特性具有超前的特点，相关研究统计结果显示，其最大超前相位为90°，如果AF的相频特性中0°对应的相位移动处于临界状态，也就是相位在180°左右，则可以直接选择并调整至合适的值，使得0°点的相移发生变化，消除自激振荡，保持负反馈电路的稳定。

四、结束语

综上所述，负反馈放大电路自振荡的概率大，生活中常见的有信号发射器的自激振荡、无线信号传输中的自激振荡以及计算机上发生的自激振荡，消除自激振荡的重要前提是深入了解其产生原因，进而确定针对性的对策来加以改善，以便提升负反馈放大电路的稳定性，减少负反馈放大电路在使用过程中出现的各类问题。

参考文献：

[1]钟博文， 张大前. 功率放大电路的自激振荡抑制装置和方法：， CN111130467A[P]. 2020.

[2]黄明， 徐德仁， 李争平. 宽带放大电路自激振荡成因分析与抑制的研究[J]. 电测与仪表， 2018.

[3]陈虹， 张朝阳， 李小民，等. 一种交流信号处理电路自激振荡的解决方法：， CN107356850A[P]. 2017.

[4]毕峰， 邹弘毓， 王颖. 电流负反馈放大电路的设计与实现[J]. 知识经济， 2020， No.526（06）：72-73.

[5]黄明， 丁照雨， 李争平，等. 电缆分布电容引起的宽带放大电路自激振荡探讨[J]. 电子器件， 2018， v.41（02）：121-125.