1. Spændingssignalets transmissionsvej

Fig. 1 Transmissionsvej for spændingskildesignaler
Fig. 1 Transmissionsvej for spændingskildesignaler

Som vist i Figur 1, et spændingssignaltransmissionssystem består af tre nøglekomponenter:

  1. Negativ feedbackspændingsudgangskredsløb

  2. Signaltransmissionskabel

    • Inkluderer parasitisk kapacitans (C1) og parasitisk induktans (L1), som afhænger af kabellængde og ledningsføringslayout.

  3. Indgangssignalopsamlingskredsløb

    • Kan omfatte en lavpasfilter (L2, C2).

2. Hvorfor opstår oscillation?

I et negativt feedback-spændingssignalsystem beregnes indgangssignalet som:

∣Xi′∣=∣Xi∣−∣Xf∣|X_i'| = |X_i| – |X_f|

Men hvis Feedbacksignalet (|Xf|) er faseforskudt med 180°, ændres ligningen til:

∣Xi′∣=∣Xi∣+∣Xf∣|X_i'| = |X_i| + |X_f|

Det betyder, at selvom intet indgangssignal anvendes (|Xi| = 0), den feedbacksignalet opretholder outputtet, hvilket fører til selvopretholdende svingning.

For at oscillation kan forekomme, skal to betingelser være opfyldt:

  1. Loopforstærkningen er større end 1: |AF| > 1

  2. Faseskift opfylder: φA + φF = (2n+1)π

Den faseskift i loopet kommer fra flere kilder:
✔ Parasitisk kapacitans (C1) og induktans (L1) i transmissionskablet
✔ Lavpasfilterkomponenter (L2, C2) i indgangskredsløbet
✔ Filterkondensatorer i udgangskredsløbet

Hvis den samlede faseforskydning når 180°, kan der forekomme selvsvingninger.

3. Hvordan forebygger man oscillation?

For at forhindre svingninger, en af de to ovenstående betingelser må ikke være opfyldt inden for det operationelle frekvensområde.

Fig. 2 Tilstand af negativ feedback-sløjfe uden oscillation
Fig. 2 Tilstand af negativ feedback-sløjfe uden oscillation

Som vist i Figur 2, to kritiske frekvenser tages i betragtning:

  • fc: Frekvensen hvor loopforstærkning |AF| falder til 0 dB.

  • for: Frekvensen hvor loopfaseforskydningen overstiger -180°.

For at opretholde stabiliteten, forstærkningen bør være under 0 dB når faseskiftet når -180°.

4. Hvorfor strømudgangssignaler er mere stabile

Fig. 3 Strømkilde-feedbackloop
Fig. 3 Strømkilde-feedbackloop
Fig. 4 Spændingskildens feedback-sløjfe
Fig. 4 Spændingskildens feedback-sløjfe

Strømsignaludgangskredsløb er mindre tilbøjelige til svingninger fordi:
✔ Deres feedbackvej er begrænset til interne komponenter (som vist i Figur 3).
✔ Eksterne belastningsvariationer har ringe effekt på faseskift eller forstærkning.

I modsætning hertil, spændingsudgangskredsløb (Figur 4) få feedback fra udgangspunkt, hvilket betyder at eksterne kabler og samplingskredsløb kan påvirke faseskift og forstærkning. Hvis deres parametre ændres, vil systemet kan opfylde oscillationsbetingelserne, hvilket fører til ustabilitet.

5. Konklusion

Spændingsudgangssignaler kan oscillere, når:
✔ Parasitiske komponenter introducerer et faseskift på 180°.
✔ Loopforstærkningen forbliver større end 1 ved dette faseskift.

For at undgå svingninger:
✔ Sørg for, at loopforstærkningen reduceres til under 0 dB, før faseforskydningen når 180°.
✔ Minimer parasitisk kapacitans/induktans i transmissionskabler.
✔ Brug passende filtrering til at stabilisere feedback-loopet.

I modsætning hertil, strømtypeudgange er mere stabile siden deres Feedback-sløjfen påvirkes mindre af eksterne belastningsforhold.