真實運放、回授與穩定度

相位裕度(phase margin)

相位裕度是讓回授放大器不致振盪的安全緩衝——以相位的度數量度。回想:當迴路累積了整整 180 度的額外相位延遲、而迴路增益仍為 1 時,負回授就變成正回授(電路振盪)。相位裕度告訴你,在災難前你手上還握有那 180 度中的幾度。大緩衝代表平靜、阻尼良好的放大器;薄緩衝代表鳴震;沒有緩衝就是振盪。

讀法:找出增益交越頻率——迴路增益恰好降到 1(0 dB)之處——看迴路在那裡有多少相位延遲。相位裕度是 180 度減去那延遲。例如:若迴路在交越處的相位為 -135 度,相位裕度為 180 - 135 = 45 度。粗略地說:0 度瀕臨振盪;45 度有明顯的過衝與鳴震;60 到 70 度給出乾淨、乖巧、幾乎不過衝的響應。多數設計者瞄準 45 到 60 度。

為何重要:相位裕度是預測電路是否穩定、以及它將如何沉定的最有用的單一數字。電容負載、低增益下運作的快速運放、與佈線寄生都吃相位裕度,所以一旦它們參與其中你就要檢查。誠實的取捨:較大的相位裕度代表穩如磐石的穩定,但較慢、較遲鈍的步階響應;較小的裕度給出較俐落的響應,卻有鳴震之險。穩定與速度往相反方向拉扯。

60 度的相位裕度給出只過衝幾個百分比、且乾淨沉定的步階響應。把裕度降到 30 度(譬如加上電容負載),同一個步階會過衝四分之一,並鳴震數個週期才沉定。

相位裕度 = 180 度減去迴路在增益交越頻率處的相位延遲。

課本上的 45 到 60 度是在運放接腳量的。真實佈線會加入規格書從沒看過的寄生相位延遲,所以多留裕度——設計成 60 度,你量到的可能是 45 度。

又称
PM相位餘裕相位裕量