真實運放、回授與穩定度
放大器穩定度(amplifier stability)
放大器穩定度是一個誠實的現實:一個負回授放大器——本該平靜又自我修正的東西——反而可能爆出振盪,就像麥克風聽見自己喇叭時會嘯叫的擴音系統。修正訊號繞迴路一圈,若在錯誤時刻回來,它便不再抵消擾動,而開始餵養它。穩定的放大器在被推一下後會沉定;不穩定的則永遠鳴震或振盪。
機制歸結到相位。負回授在輸入端已把訊號反相 180 度。迴路中每一個極點(運放的衰減、一個輸出極點、一個電容負載)都加入額外的相位延遲。若在迴路增益仍為 1 或更大的某頻率,總額外延遲達到再 180 度,原本的負回授便實質變成正回授:訊號同相回來、自我強化,電路振盪。這就是巴克豪森條件——迴路增益為 1、總相位 360 度。我們以迴路增益的波德圖判斷離它有多近,讀出相位裕度與增益裕度。
為何重要:紙上完全正確的電路圖,可能在現實中振盪——來自電容負載、來自佈線寄生、來自去補償元件增益不足、或來自過快運放配上過低增益。其對策正是本領域的工藝:頻率補償、串聯隔離電阻、回授電容、或乾脆選一顆較慢或補償方式不同的運放。穩定度是你設計進去的,不是你期望而來的。
一個單位增益緩衝器,一接上 470 pF 負載就在 8 MHz 振盪。迴路的波德圖顯示那額外極點把交越頻率處的相位推到近 180 度——相位裕度近乎零——迴路便瀕臨臨界而鳴震。
交越處過多的迴路相位移,把負回授變成正回授,放大器便振盪。
並非所有振盪都明顯。放大器可能勉強穩定——對慢訊號乾淨,卻在快速邊緣鳴震,或只在某些負載或溫度下爆發。勉強穩定是一個潛伏的失效,等著在現場發作。
又稱
另見