1. Ścieżka transmisji sygnału napięciowego

Jak pokazano w Rysunek 1System transmisji sygnału napięciowego składa się z trzech głównych komponentów:

1. Obwód wyjściowy napięcia ujemnego sprzężenia zwrotnego

2. Kabel do transmisji sygnału

   • Zawiera pojemność pasożytnicza (C1) I indukcyjność pasożytnicza (L1), które zależą od długość kabla I układ okablowania.

3. Obwód akwizycji sygnału wejściowego

   • Może zawierać filtr dolnoprzepustowy (L2, C2).

2. Dlaczego występuje oscylacja?

W układzie z sygnałem napięciowym o ujemnym sprzężeniu zwrotnym sygnał wejściowy obliczany jest następująco:

∣Xi′∣=∣Xi∣−∣Xf∣|X_i'| = |X_i| – |X_f|

Jednakże jeśli sygnał sprzężenia zwrotnego (|Xf|) jest przesunięty fazowo o 180°, równanie zmienia się na:

∣Xi′∣=∣Xi∣+∣Xf∣|X_i'| = |X_i| + |X_f|

Oznacza to, że nawet jeśli brak sygnału wejściowego jest stosowany (|Xi| = 0), ten sygnał sprzężenia zwrotnego podtrzymuje wyjście, prowadząc do samopodtrzymująca się oscylacja.

Aby doszło do oscylacji, muszą być spełnione dwa warunki:

1. Wzmocnienie pętli jest większe niż 1: |AF| > 1

2. Przesunięcie fazowe spełnia: φA + φF = (2n+1)π

Ten przesunięcie fazowe w pętli pochodzi z wielu źródeł:
✔ Pojemność pasożytnicza (C1) i indukcyjność (L1) w kablu transmisyjnym
✔ Elementy filtru dolnoprzepustowego (L2, C2) w obwodzie wejściowym
✔ Kondensatory filtrujące w obwodzie wyjściowym

Jeśli całkowite przesunięcie fazowe osiąga 180°, może wystąpić samoistna oscylacja.

3. Jak zapobiegać oscylacjom?

Aby zapobiec oscylacjom, żaden z dwóch powyższych warunków nie może być spełniony w zakresie częstotliwości roboczych.

Jak pokazano w Rysunek 2, rozważane są dwie częstotliwości krytyczne:

• fc: Częstotliwość, przy której wzmocnienie pętli |AF| spada do 0 dB.

• dla: Częstotliwość, przy której przesunięcie fazy pętli przekracza -180°.

Aby utrzymać stabilność, wzmocnienie powinno być poniżej 0 dB gdy przesunięcie fazowe osiągnie -180°.

4. Dlaczego sygnały wyjściowe prądu są bardziej stabilne

Obwody wyjściowe sygnału prądowego są mniej podatne na oscylacje, ponieważ:
✔ Ich ścieżka sprzężenia zwrotnego jest ograniczona do komponentów wewnętrznych (jak pokazano w Rysunek 3).
✔ Zmiany obciążenia zewnętrznego mają niewielki wpływ na przesunięcie fazowe lub wzmocnienie.

W przeciwieństwie do tego, obwody wyjściowe napięciowe (Rysunek 4) pobierz informacje zwrotne od punkt wyjściowy, co oznacza, że kable zewnętrzne i obwody próbkowania może wpływać na przesunięcie fazowe i wzmocnienie. Jeśli ich parametry ulegną zmianie, system może spełniać warunki oscylacji, co prowadzi do niestabilności.

5.Wnioski

Sygnały wyjściowe typu napięciowego mogą oscylować, gdy:
✔ Składniki pasożytnicze wprowadzają przesunięcie fazowe o 180°.
✔ Przy tym przesunięciu fazy wzmocnienie pętli pozostaje większe od 1.

Aby uniknąć oscylacji:
✔ Upewnij się, że wzmocnienie pętli zostało zmniejszone poniżej 0 dB zanim przesunięcie fazowe osiągnie 180°.
✔ Zminimalizuj pojemność/indukcyjność pasożytniczą w kablach transmisyjnych.
✔ Zastosuj odpowiednie filtrowanie w celu ustabilizowania pętli sprzężenia zwrotnego.

W przeciwieństwie do tego, wyjścia prądowe są bardziej stabilne, ponieważ pętla sprzężenia zwrotnego jest mniej podatna na wpływ warunków obciążenia zewnętrznego.