1. Overføringsbane for spenningssignal

Fig. 1 Overføringsvei for spenningskildesignaler
Fig. 1 Overføringsvei for spenningskildesignaler

Som vist i Figur 1, består et spenningssignaloverføringssystem av tre nøkkelkomponenter:

  1. Negativ tilbakekoblingsspenningsutgangskrets

  2. Signaloverføringskabel

    • Inkluderer parasittisk kapasitans (C1) og parasittisk induktans (L1), som er avhengige av kabellengde og ledningsoppsett.

  3. Inngangssignalinnsamlingskrets

    • Kan inkludere en lavpassfilter (L2, C2).

2. Hvorfor oppstår oscillasjon?

I et negativt tilbakekoblingsspenningssignalsystem beregnes inngangssignalet som:

∣Xi′∣=∣Xi−∣Xf∣|X_i'| = |X_i| – |X_f|

Men hvis tilbakekoblingssignalet (|Xf|) er faseforskjøvet med 180°, endres ligningen til:

∣Xi′∣=∣Xi∣+∣Xf∣|X_i'| = |X_i| + |X_f|

Dette betyr at selv om ingen inngangssignal er brukt (|Xi| = 0), den tilbakekoblingssignalet opprettholder utgangen, som fører til selvopprettholdende svingning.

For at oscillasjon skal oppstå, må to betingelser være oppfylt:

  1. Loopforsterkning er større enn 1: |AF| > 1

  2. Faseforskyvning tilfredsstiller: φA + φF = (2n+1)π

Den faseskift i loopen kommer fra flere kilder:
✔ Parasittisk kapasitans (C1) og induktans (L1) i overføringskabelen
✔ Lavpassfilterkomponenter (L2, C2) i inngangskretsen
✔ Filterkondensatorer i utgangskretsen

Hvis total faseforskyvning når 180°, kan selvsvingninger oppstå.

3. Hvordan forhindre oscillasjon?

For å forhindre oscillasjon, en av de to betingelsene ovenfor må ikke være oppfylt innenfor det operative frekvensområdet.

Fig. 2 Tilstand med negativ tilbakekoblingssløyfe uten svingninger
Fig. 2 Tilstand med negativ tilbakekoblingssløyfe uten svingninger

Som vist i Figur 2, to kritiske frekvenser vurderes:

  • fc: Frekvensen der sløyfeforsterkning |AF| faller til 0 dB.

  • for: Frekvensen der sløyfefaseforskyvningen overstiger -180°.

For å opprettholde stabilitet, forsterkningen bør være under 0 dB når faseforskyvningen når -180°.

4. Hvorfor strømutgangssignaler er mer stabile

Fig. 3 Strømkildens tilbakekoblingssløyfe
Fig. 3 Strømkildens tilbakekoblingssløyfe
Fig. 4 Tilbakekoblingssløyfe for spenningskilde
Fig. 4 Tilbakekoblingssløyfe for spenningskilde

Strømsignalutgangskretser er mindre utsatt for oscillasjon fordi:
✔ Tilbakemeldingsveien deres er begrenset til interne komponenter (som vist i Figur 3).
✔ Eksterne lastvariasjoner har liten effekt på faseforskyvning eller forsterkning.

I motsetning til dette, spenningsutgangskretser (Figur 4) ta tilbakemeldinger fra utgangspunkt, som betyr at eksterne kabler og samplingskretser kan påvirke faseforskyvning og forsterkning. Hvis parametrene deres endres, vil systemet kan oppfylle oscillasjonsbetingelsene, noe som fører til ustabilitet.

5. Konklusjon

Spenningsutgangssignaler kan oscillere når:
✔ Parasittiske komponenter introduserer et faseskift på 180°.
✔ Sløyfeforsterkningen forblir større enn 1 ved dette faseskiftet.

For å unngå oscillasjon:
✔ Sørg for at sløyfeforsterkningen reduseres til under 0 dB før faseforskyvningen når 180°.
✔ Minimer parasittisk kapasitans/induktans i overføringskabler.
✔ Bruk passende filtrering for å stabilisere tilbakekoblingssløyfen.

I motsetning til dette, strømutganger er mer stabile siden deres Tilbakekoblingssløyfen påvirkes mindre av eksterne belastningsforhold.