為什么負(fù)反饋放大器易受振蕩影響？穩(wěn)定的基本標(biāo)準(zhǔn)是什么？讓我們來(lái)看看這些知識(shí)點(diǎn)吧。
這樣您每次想要思考一般反饋結(jié)構(gòu)時(shí)都不必切換頁(yè)面，都可以參考下圖，它是我們?cè)诘谝黄恼轮械膱D表：
沒(méi)有免費(fèi)午餐。 。 。
本系列之前的文章已經(jīng)證明負(fù)反饋是一種簡(jiǎn)單，廉價(jià)的技術(shù)，可以讓我們大大提高放大器電路的性能。起初看起來(lái)我們幾乎什么都得不到，直到我們回想起所有這些好處都是以降低增益為代價(jià)的。然而，標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體器件可以容易地獲得額外的增益，而且，我們通常不需要甚至不想要所有的增益。因此，我們似乎再次得到一些東西，然而除了最忠誠(chéng)的樂(lè)觀主義者之外，所有人都可能變得對(duì)此越來(lái)越懷疑了。當(dāng)然，當(dāng)我們添加看似有益的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)時(shí)，還有一些其他缺點(diǎn)，也許你會(huì)說(shuō)，我們可能失去的其他東西。嗯，你的直覺(jué)對(duì)你有好處，因?yàn)槿绻覀儾恍⌒?，我們將失去一些非常重要的東西：穩(wěn)定性（stability）。
當(dāng)您注意到放大器已變成振蕩器時(shí)，負(fù)反饋的許多好處將很快被遺忘甚至被鄙視。但在某種程度上，災(zāi)難性的振蕩并不是那么糟糕，因?yàn)閱?wèn)題是顯而易見(jiàn)的。邊際穩(wěn)定性導(dǎo)致時(shí)域中出現(xiàn)過(guò)度振鈴以及頻域中出現(xiàn)峰值，可能是一個(gè)難以捉摸的麻煩制造者。更糟糕的是，邊緣穩(wěn)定的電路可能在測(cè)試期間起作用，但在放大器暴露于不同的操作或環(huán)境條件時(shí)則不會(huì)發(fā)生。因此，我們必須徹底了解為什么負(fù)反饋會(huì)導(dǎo)致振蕩，以及如何確保放大器放大而不是振蕩，這一點(diǎn)至關(guān)重要。
當(dāng)負(fù)反饋?zhàn)兂烧答仌r(shí)
正反饋可能導(dǎo)致振蕩應(yīng)該不足為奇，以下是基本過(guò)程：
1）應(yīng)用輸入信號(hào)
2）放大輸入信號(hào)
3）將放大的輸出反饋并將其添加到輸入
4）輸入現(xiàn)在變得更大，這個(gè)更大的輸入被放大
5）放大的輸出再次反饋并加到輸入端
6）輸入再次變大，再次放大，再次接收正反饋，依此類推。
顯然，這是一種“不穩(wěn)定”的情況 - 輸出會(huì)迅速增加，直到受到某些外部條件（通常是電源電壓）的限制。
但為什么負(fù)反饋不會(huì)導(dǎo)致振蕩呢？通過(guò)輸入減去輸出，我們確保輸入信號(hào)的增加總是導(dǎo)致通過(guò)反饋降低而實(shí)現(xiàn)平衡。只有一個(gè)問(wèn)題：如果AC信號(hào)在被反饋并減去之前經(jīng)歷180°相移時(shí)，我們的負(fù)反饋就變成了正反饋，如下圖所示：
在左側(cè)圖中，我們從正數(shù)中減去正數(shù)，從負(fù)數(shù)中減去負(fù)數(shù)。這確實(shí)是減法。在右側(cè)圖中，我們從正數(shù)中減去負(fù)數(shù)，從負(fù)數(shù)中減去正數(shù)，因此右圖不再是負(fù)反饋了 - 正數(shù)和負(fù)數(shù)的幅度都在增加。
環(huán)路增益
直接確定負(fù)反饋電路是否穩(wěn)定的量不是閉環(huán)增益或開(kāi)環(huán)增益，而是環(huán)路增益，寫(xiě)為Aβ?；叵胍幌挛覀兊拈]環(huán)增益公式：
該公式假設(shè)Aβ是正數(shù)（因?yàn)檎鼳β意味著反饋是負(fù)的）。當(dāng)Aβ不是正的時(shí)會(huì)發(fā)生什么？考慮Aβ= -1時(shí)的情況：
在這種情況下，無(wú)窮大的閉環(huán)增益對(duì)應(yīng)于振蕩器 - 即使輸入為零，輸出也會(huì)飽和。因此，穩(wěn)定性分析中的臨界量是環(huán)路增益。
必須對(duì)穩(wěn)定性問(wèn)題發(fā)生的原因以及如何預(yù)防這些問(wèn)題形成堅(jiān)實(shí)的概念性理解。這個(gè)問(wèn)答順序應(yīng)該有助于解決一些突出的混淆點(diǎn)。
問(wèn)：這個(gè)相變來(lái)自哪里？我沒(méi)有要求放大器發(fā)生任何相移。
答：請(qǐng)記住，所有放大器最終都會(huì)在高頻下顯示增益下降。內(nèi)部補(bǔ)償運(yùn)算放大器開(kāi)始以非常低的頻率滾降。在任何情況下，這種滾降都是由電路中某處的極點(diǎn)引起的，并且極點(diǎn)總是帶來(lái)相移以及降低增益。
問(wèn)：好的，我即使有相移。但我的所有運(yùn)算放大器電路都適用于直流或低頻應(yīng)用。我的信號(hào)沒(méi)有太大的相移，所以我不必?fù)?dān)心穩(wěn)定性，對(duì)吧？
A：好問(wèn)題。不幸的是，您感興趣的信號(hào)的頻率在很大程度上是無(wú)關(guān)緊要的。實(shí)際信號(hào)總是有噪聲，而這些噪聲中的一些會(huì)產(chǎn)生高頻分量。此外，任何電壓瞬變都包含寄生高頻能量。請(qǐng)記住，如果有足夠的相移，我們就會(huì)處理正反饋 - 即再生反饋。即使這些不可避免的高頻分量具有非常低的幅度，如果您的電路本身并不穩(wěn)定，正反饋的再生特性將增加其幅度，直到振蕩變得明顯。
問(wèn)：那是絕望的！放大器始終在高頻下表現(xiàn)出相移，而信號(hào)總是受到高頻成分的影響 - 那么電路如何穩(wěn)定？
答：不要絕望 - 這是環(huán)路增益的來(lái)源。想想一般反饋結(jié)構(gòu)：在反饋環(huán)路周圍傳播的任??何信號(hào)都乘以A然后是β。這就是我們稱Aβ為“環(huán)路（loop）”增益的原因。如果在相移達(dá)到180°的高頻處Aβ小于1，則高頻相移信號(hào)將逐漸消失，而不會(huì)再逐漸累積成主要振蕩。確保你明白這一點(diǎn)。想象通過(guò)Aβ環(huán)路的小正弦波：如果Aβ大于1，則每次通過(guò)環(huán)路時(shí)正弦波將相互疊加，并且由于Aβ放大它們，它們的振幅逐漸增大。如果Aβ小于1，則信號(hào)將逐漸衰減為無(wú)意義，盡管它們?cè)?ldquo;減法”節(jié)點(diǎn)處相互加強(qiáng)，如下圖所示：
