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自激振荡原因分析(上)

发布时间:2020-07-23 责任编辑:lina

【导读】你是否遇到过这样的情况:在KTV唱歌时,当麦克风位置不合适或者音量过大时,喇叭中会出现一种非常难听的啸叫,捂住麦克风、赶紧降低功放音量、或者将麦克风转个方向,都是我们常用的解决方法。这个难听的啸叫,其实就是放大器的自激振荡。
    
你是否遇到过这样的情况:在KTV唱歌时,当麦克风位置不合适或者音量过大时,喇叭中会出现一种非常难听的啸叫,捂住麦克风、赶紧降低功放音量、或者将麦克风转个方向,都是我们常用的解决方法。这个难听的啸叫,其实就是放大器的自激振荡。
 
理论上说,自激振荡是指当放大器加电后,还没有加载输入信号,输出端就出现了高频的类似于正弦波一样的波形。
 
实际中,还有另外一种情况,也属于自激振荡。当输入某些信号时,输出是正常的,一旦改变输入信号幅度或者频率到某些特定值,输出波形在原基础上会叠加更高频率的振荡信号。
 
自激振荡的条件有以下两点:
 
1.假设运放的附加相移为 φ A ,反馈网络的附加相移为 φ F ,当φ A +φ F =-180°,原本的负反馈,就会演变成正反馈。如下示意图:
 
自激振荡原因分析(上)
 
2.整个环路增益必须大于1,才能使得很微小的信号一旦在环路中产生,就会越来越大。
 
以运放 ADA4899-1 为例,其开环幅频特性、相频特性下图所示。为了分析简化,我们假设运放组成了一个电压跟随器,即反馈系数F=1,φ F=0°。
 
以下两种方法判定:
 
1.假定相移φ A=-180°,在图中可以找到相频特性对应点为700MHz,在此频率下对应的幅频特性曲线为-3dB,增益环路<1,故不满足幅度条件,不会发生自激振荡。
 
2.假定增益为1,即0dB,找到对应频率为310MHz,此时的相移为-123°其相移绝对值< 180°,因此不可能产生自激振荡。此相移和-180°的差值,称为相位裕度,为 57°。
 
自激振荡原因分析(上)
 
这说明,ADA48990-1,在设计成跟随器,且电路布线合乎规则时,是不会发生自激振荡的。
 
增益裕度和相位裕度理解:
 
相位裕度定义:在运放开环增益和开环相移图中,当运放的开环增益为 1 时,开环相移值减去-180°得到的数值。
 
增益裕度定义:在运放开环增益和开环相移图中,当运放的开环相移为-180°时,增益dB值取负,或者是增益值的倒数。
 
理解:
 
1.相位裕度和增益裕度越大,说明放大器越容易稳定;
 
2.相位裕度可以看作是系统进入不稳定状态之前可以增加的相位变化,相位裕度越大,系统越稳定,但同时时间响应速度减慢了,因此必须要有一个比较合适的相位裕度。一般在45°左右比较合适。
 
3. 我们需要注意的是,所有运放,在任何频率下,都只存在滞后相移,即相移为负值。在极低频率处,相移接近于 0 且小于 0,随着频率的上升,很快相移就进入到稳定的-90 度,然后走向-180 度甚至-270 度。
 
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