真實運放、回授與穩定度
增益裕度(gain margin)
增益裕度是對抗振盪的第二道安全緩衝,是相位裕度的搭檔。相位裕度問你還能承受多少額外相位延遲,增益裕度問相反的問題:在放大器爆出振盪前,你還能再加多少迴路增益?它是增益上的餘裕,在最壞情況的頻率量度,健康的放大器需要兩道緩衝都從容。
讀法:找出迴路相位延遲達到危險的 180 度之頻率——回授將變成正回授的那一點。在該頻率,增益裕度是迴路增益位於 1(0 dB)以下多少分貝。例如:若在 180 度的頻率迴路增益為 -12 dB,增益裕度便是 12 dB,意即在增益升抵 1、迴路振盪前你有四倍的餘裕。反之,若在該頻率迴路增益高於 0 dB,增益裕度為負,電路已經不穩定。
為何重要:增益裕度與相位裕度是從兩個角度描述同一張波德圖,穩健的設計兩者都必須健康——典型目標是相位裕度 45 到 60 度、增益裕度至少 10 dB。當某些因素可能意外抬高迴路增益時——更熱的運放、更高增益的批次、或公差跑掉的電阻——增益裕度尤其能說明問題。檢查兩個數字而非只看一個,正是你避免一個工作檯上穩定、量產時卻勉強的設計的方法。
某迴路的波德圖顯示相位在 4 MHz 觸及 -180 度,該處迴路增益為 -10 dB。這 10 dB 的增益裕度代表迴路增益要增為三倍多(約 3.2 倍)電路才會振盪——一個從容但不算寬裕的緩衝。
增益裕度 = 在 -180 度相位的頻率處,迴路增益低於 0 dB 多少。
單看任一裕度都可能誤導。迴路可能增益裕度良好卻相位裕度單薄(或反之),所以穩定的設計要求兩者都健康,而非在兩者間取捨。
又稱
另見