1. Spannungssignalübertragungspfad

Abb. 1 Übertragungspfad von Spannungsquellensignalen
Abb. 1 Übertragungspfad von Spannungsquellensignalen

Wie gezeigt in Abbildung 1Ein Spannungssignalübertragungssystem besteht aus drei Hauptkomponenten:

  1. Spannungsausgangsschaltung mit negativer Rückkopplung

  2. Signalübertragungskabel

    • Beinhaltet parasitäre Kapazität (C1) Und parasitäre Induktivität (L1)die davon abhängen Kabellänge Und Verdrahtungsplan.

  3. Eingangssignalerfassungsschaltung

    • Kann Folgendes beinhalten Tiefpassfilter (L2, C2).

2. Warum treten Schwingungen auf?

In einem Spannungssignalsystem mit negativer Rückkopplung wird das Eingangssignal wie folgt berechnet:

∣Xi′∣=∣Xi∣−∣Xf∣|X_i'| = |X_i| – |X_f|

Wenn jedoch Das Rückkopplungssignal (|Xf|) wird um 180° phasenverschoben.Die Gleichung ändert sich zu:

∣Xi′∣=∣Xi∣+∣Xf∣|X_i'| = |X_i| + |X_f|

Das bedeutet, dass selbst wenn kein Eingangssignal wird angewendet (|Xi| = 0), Die Das Rückkopplungssignal hält den Ausgang aufrecht, was dazu führt selbsterhaltende Schwingung.

Damit eine Schwingung auftreten kann, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein:

  1. Die Schleifenverstärkung ist größer als 1: |AF| > 1

  2. Phasenverschiebung erfüllt: φA + φF = (2n+1)π

Der Phasenverschiebung Die Informationen in der Schleife stammen aus mehreren Quellen:
✔ Parasitäre Kapazität (C1) und Induktivität (L1) im Übertragungskabel
✔ Tiefpassfilterkomponenten (L2, C2) im Eingangskreis
✔ Filterkondensatoren im Ausgangskreis

Wenn die Die gesamte Phasenverschiebung erreicht 180°Es kann zu Selbstschwingungen kommen.

3. Wie lässt sich eine Schwingung verhindern?

Um Schwingungen zu verhindern, Eine der beiden oben genannten Bedingungen darf nicht erfüllt sein. innerhalb des Betriebsfrequenzbereichs.

Abb. 2 Zustand einer negativen Rückkopplungsschleife ohne Schwingung
Abb. 2 Zustand einer negativen Rückkopplungsschleife ohne Schwingung

Wie gezeigt in Abbildung 2Es werden zwei kritische Frequenzen betrachtet:

  • fc: Die Frequenz, bei der die Schleifenverstärkung |AF| sinkt auf 0 dB.

  • fo: Die Frequenz, bei der die Schleifenphasenverschiebung überschreitet -180°.

Um die Stabilität zu gewährleisten, Die Verstärkung sollte unter 0 dB liegen. wenn die Phasenverschiebung -180° erreicht.

4. Warum Stromausgangssignale stabiler sind

Abb. 3 Rückkopplungsschleife der Stromquelle
Abb. 3 Rückkopplungsschleife der Stromquelle
Abb. 4 Rückkopplungsschleife der Spannungsquelle
Abb. 4 Rückkopplungsschleife der Spannungsquelle

Stromsignalausgangsschaltungen sind weniger anfällig für Schwingungen, weil:
✔ Ihr Rückkopplungspfad beschränkt sich auf interne Komponenten. (wie gezeigt in Abbildung 3).
✔ Externe Laständerungen haben nur geringen Einfluss auf die Phasenverschiebung oder die Verstärkung..

Im Gegensatz, Spannungsausgangsschaltungen (Abbildung 4) Feedback einholen von Ausgabepunkt, was bedeutet, dass externe Kabel und Abtastschaltungen können die Phasenverschiebung und die Verstärkung beeinflussen. Wenn sich ihre Parameter ändern, das System können die Schwingungsbedingungen erfüllen, was zu Instabilität führt.

5. Schlussfolgerung

Spannungsausgangssignale können oszillieren, wenn:
✔ Parasitäre Komponenten bewirken eine Phasenverschiebung von 180°.
✔ Die Schleifenverstärkung bleibt auch bei dieser Phasenverschiebung größer als 1.

Um Schwingungen zu vermeiden:
✔ Stellen Sie sicher, dass die Schleifenverstärkung unter 0 dB reduziert wird, bevor die Phasenverschiebung 180° erreicht.
✔ Minimierung der parasitären Kapazität/Induktivität in Übertragungskabeln.
✔ Verwenden Sie geeignete Filter, um die Rückkopplungsschleife zu stabilisieren.

Im Gegensatz, Stromausgänge sind stabiler, da ihre Der Rückkopplungsmechanismus wird weniger von externen Lastbedingungen beeinflusst..