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自激振蕩原因分析(上)

發(fā)布時間:2020-07-23 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】你是否遇到過這樣的情況:在KTV唱歌時,當(dāng)麥克風(fēng)位置不合適或者音量過大時,喇叭中會出現(xiàn)一種非常難聽的嘯叫,捂住麥克風(fēng)、趕緊降低功放音量、或者將麥克風(fēng)轉(zhuǎn)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(dāng)麥克風(fēng)位置不合適或者音量過大時,喇叭中會出現(xiàn)一種非常難聽的嘯叫,捂住麥克風(fēng)、趕緊降低功放音量、或者將麥克風(fēng)轉(zhuǎn)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(dāng)放大器加電后,還沒有加載輸入信號,輸出端就出現(xiàn)了高頻的類似于正弦波一樣的波形。
 
實際中,還有另外一種情況,也屬于自激振蕩。當(dāng)輸入某些信號時,輸出是正常的,一旦改變輸入信號幅度或者頻率到某些特定值,輸出波形在原基礎(chǔ)上會疊加更高頻率的振蕩信號。
 
自激振蕩的條件有以下兩點:
 
1.假設(shè)運放的附加相移為 φ A ,反饋網(wǎng)絡(luò)的附加相移為 φ F ,當(dāng)φ A +φ F =-180°,原本的負(fù)反饋,就會演變成正反饋。如下示意圖:
 
自激振蕩原因分析(上)
 
2.整個環(huán)路增益必須大于1,才能使得很微小的信號一旦在環(huán)路中產(chǎn)生,就會越來越大。
 
以運放 ADA4899-1 為例,其開環(huán)幅頻特性、相頻特性下圖所示。為了分析簡化,我們假設(shè)運放組成了一個電壓跟隨器,即反饋系數(shù)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(yīng)點為700MHz,在此頻率下對應(yīng)的幅頻特性曲線為-3dB,增益環(huán)路<1,故不滿足幅度條件,不會發(fā)生自激振蕩。
 
2.假定增益為1,即0dB,找到對應(yīng)頻率為310MHz,此時的相移為-123°其相移絕對值< 180°,因此不可能產(chǎn)生自激振蕩。此相移和-180°的差值,稱為相位裕度,為 57°。
 
自激振蕩原因分析(上)
 
這說明,ADA48990-1,在設(shè)計成跟隨器,且電路布線合乎規(guī)則時,是不會發(fā)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(huán)增益和開環(huán)相移圖中,當(dāng)運放的開環(huán)增益為 1 時,開環(huán)相移值減去-180°得到的數(shù)值。
 
增益裕度定義:在運放開環(huán)增益和開環(huán)相移圖中,當(dāng)運放的開環(huán)相移為-180°時,增益dB值取負(fù),或者是增益值的倒數(shù)。
 
理解:
 
1.相位裕度和增益裕度越大,說明放大器越容易穩(wěn)定;
 
2.相位裕度可以看作是系統(tǒng)進入不穩(wěn)定狀態(tài)之前可以增加的相位變化,相位裕度越大,系統(tǒng)越穩(wěn)定,但同時時間響應(yīng)速度減慢了,因此必須要有一個比較合適的相位裕度。一般在45°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,都只存在滯后相移,即相移為負(fù)值。在極低頻率處,相移接近于 0 且小于 0,隨著頻率的上升,很快相移就進入到穩(wěn)定的-90 度,然后走向-180 度甚至-270 度。
 
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