自激振蕩原因分析(上)
發布時間:2020-07-23 責任編輯:lina
【導讀】你是否遇到過這樣的情況:在KTV唱歌時,當麥克風位置不合適或者音量過大時,喇叭中會出現一種非常難聽的嘯叫,捂住麥克風、趕緊降低功放音量、或者將麥克風轉個方向,都是我們常用的解決方法。這個難聽的嘯叫,其實就是放大器的自激振蕩。
你是否遇到過這樣的情況:在KTV唱歌時,當麥克風位置不合適或者音量過大時,喇叭中會出現一種非常難聽的嘯叫,捂住麥克風、趕緊降低功放音量、或者將麥克風轉個方向,都是我們常用的解決方法。這個難聽的嘯叫,其實就是放大器的自激振蕩。
理論上說,自激振蕩是指當放大器加電後,還沒有加載輸入信號,輸出端就出現了高頻的類似於正弦波一樣的波形。
實(shi)際(ji)中(zhong),還(hai)有(you)另(ling)外(wai)一(yi)種(zhong)情(qing)況(kuang),也(ye)屬(shu)於(yu)自(zi)激(ji)振(zhen)蕩(dang)。當(dang)輸(shu)入(ru)某(mou)些(xie)信(xin)號(hao)時(shi),輸(shu)出(chu)是(shi)正(zheng)常(chang)的(de),一(yi)旦(dan)改(gai)變(bian)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)幅(fu)度(du)或(huo)者(zhe)頻(pin)率(lv)到(dao)某(mou)些(xie)特(te)定(ding)值(zhi),輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)在(zai)原(yuan)基(ji)礎(chu)上(shang)會(hui)疊(die)加(jia)更(geng)高(gao)頻(pin)率(lv)的(de)振(zhen)蕩(dang)信(xin)號(hao)。
自激振蕩的條件有以下兩點:
1.假設運放的附加相移為 φ A ,反饋網絡的附加相移為 φ F ,當φ A +φ F =-180°,原本的負反饋,就會演變成正反饋。如下示意圖:

2.整個環路增益必須大於1,才能使得很微小的信號一旦在環路中產生,就會越來越大。
以運放 ADA4899-1 為例,其開環幅頻特性、相頻特性下圖所示。為了分析簡化,我們假設運放組成了一個電壓跟隨器,即反饋係數F=1,φ F=0°。
以下兩種方法判定:
1.假定相移φ A=-180°,在圖中可以找到相頻特性對應點為700MHz,在此頻率下對應的幅頻特性曲線為-3dB,增益環路<1,故不滿足幅度條件,不會發生自激振蕩。
2.假定增益為1,即0dB,找到對應頻率為310MHz,此時的相移為-123°其相移絕對值< 180°,因此不可能產生自激振蕩。此相移和-180°的差值,稱為相位裕度,為 57°。

這說明,ADA48990-1,在設計成跟隨器,且電路布線合乎規則時,是不會發生自激振蕩的。
增益裕度和相位裕度理解:
相位裕度定義:在運放開環增益和開環相移圖中,當運放的開環增益為 1 時,開環相移值減去-180°得到的數值。
增益裕度定義:在運放開環增益和開環相移圖中,當運放的開環相移為-180°時,增益dB值取負,或者是增益值的倒數。
理解:
1.相位裕度和增益裕度越大,說明放大器越容易穩定;
2.相xiang位wei裕yu度du可ke以yi看kan作zuo是shi係xi統tong進jin入ru不bu穩wen定ding狀zhuang態tai之zhi前qian可ke以yi增zeng加jia的de相xiang位wei變bian化hua,相xiang位wei裕yu度du越yue大da,係xi統tong越yue穩wen定ding,但dan同tong時shi時shi間jian響xiang應ying速su度du減jian慢man了le,因yin此ci必bi須xu要yao有you一yi個ge比bi較jiao合he適shi的de相xiang位wei裕yu度du。一yi般ban在zai45°左右比較合適。
3. 我們需要注意的是,所有運放,在任何頻率下,都隻存在滯後相移,即相移為負值。在極低頻率處,相移接近於 0 且小於 0,隨著頻率的上升,很快相移就進入到穩定的-90 度,然後走向-180 度甚至-270 度。
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