1. Spänningssignalöverföringsväg

Som visas i Figur 1, består ett spänningssignalöverföringssystem av tre nyckelkomponenter:

1. Negativ återkopplingsspänningsutgångskrets

2. Signalöverföringskabel

   • Inkluderar parasitisk kapacitans (C1) och parasitisk induktans (L1), som är beroende av kabellängd och ledningslayout.

3. Ingångssignalförvärvskrets

   • Kan inkludera en lågpassfilter (L2, C2).

2. Varför uppstår oscillation?

I ett negativt återkopplingsspänningssignalsystem beräknas insignalen som:

∣Xi′∣=∣Xi∣−∣Xf∣|X_i'| = |X_i| – |X_f|

Men om återkopplingssignalen (|Xf|) är fasförskjuten med 180°, ändras ekvationen till:

∣Xi′∣=∣Xi∣+∣Xf∣|X_i'| = |X_i| + |X_f|

Detta innebär att även om ingen insignal tillämpas (|Xi| = 0), den återkopplingssignalen upprätthåller utgången, vilket leder till självupprätthållande svängning.

För att oscillation ska uppstå måste två villkor vara uppfyllda:

1. Loopförstärkningen är större än 1: |AF| > 1

2. Fasförskjutningen uppfyller: φA + φF = (2n+1)π

De fasförskjutning i loopen kommer från flera källor:
✔ Parasitisk kapacitans (C1) och induktans (L1) i överföringskabeln
✔ Lågpassfilterkomponenter (L2, C2) i ingångskretsen
✔ Filterkondensatorer i utgångskretsen

Om total fasförskjutning når 180°, kan självsvängning uppstå.

3. Hur man förhindrar oscillation?

För att förhindra oscillation, ett av de två ovanstående villkoren får inte vara uppfyllt inom det operativa frekvensområdet.

Som visas i Figur 2, två kritiska frekvenser beaktas:

• fc: Frekvensen där loopförstärkning |AF| sjunker till 0 dB.

• för: Frekvensen där loopfasförskjutningen överstiger -180°.

För att upprätthålla stabilitet, den förstärkningen bör vara under 0 dB när fasförskjutningen når -180°.

4. Varför strömutgångssignaler är mer stabila

Utgångskretsar för strömsignaler är mindre benägna att svänga eftersom:
✔ Deras återkopplingsväg är begränsad till interna komponenter (som visas i Figur 3).
✔ Externa lastvariationer har liten effekt på fasförskjutning eller förstärkning.

Däremot, spänningsutgångskretsar (Figur 4) ta emot feedback från utgångspunkt, vilket betyder att externa kablar och samplingskretsar kan påverka fasförskjutning och förstärkning. Om deras parametrar ändras, systemet kan uppfylla oscillationsvillkoren, vilket leder till instabilitet.

5. Slutsats

Spänningsutsignaler kan oscillera när:
✔ Parasitiska komponenter introducerar en 180° fasförskjutning.
✔ Loopförstärkningen förblir större än 1 vid denna fasförskjutning.

För att undvika oscillation:
✔ Säkerställ att loopförstärkningen reduceras till under 0 dB innan fasförskjutningen når 180°.
✔ Minimera parasitisk kapacitans/induktans i överföringskablar.
✔ Använd lämplig filtrering för att stabilisera återkopplingsslingan.

Däremot, utgångar av strömtyp är mer stabila sedan deras återkopplingsslingan påverkas mindre av externa belastningsförhållanden.