• 雜散振蕩

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    雜散振蕩

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    雜散振幅是電子數字設備中不受歡迎的電子振蕩(輸出電壓或電流的周期性變化)。 它通常是由放大設備中的反饋引起的。 該問題主要出現在射頻、音頻和其他電子放大器以及數字信號處理中。 這是控制理論解決的基本問題之一。

    雜散振蕩有幾個原因是不受歡迎的。 振蕩可能會耦合到其他電路或作為無線電波輻射,從而對其他設備造成電磁干擾 (EMI)。 在音頻系統中,寄生振蕩有時會在揚聲器耳機中作為惱人的聲音被聽到。 振蕩浪費功率并且可能導致不希望的加熱。 例如,進入寄生振蕩的音頻功率放大器可能會產生足夠的功率來損壞連接的揚聲器。 振蕩電路不會線性放大,因此通過該級的所需信號會失真。 在數字電路中,寄生振蕩可能只發生在特定的邏輯轉換上,并可能導致后續階段的不穩定操作; 例如,計數器級可能會看到許多雜散脈沖并且計數不規律

    寄生振蕩的成因

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    當部分輸出能量耦合到輸入時,放大器級中的雜散振幅會以正確的相位和振幅在某些頻率下提供正反饋。 耦合可以直接發生在輸入和輸出布線之間,輸入和輸出之間存在雜散電容或互感。 在一些固態或真空電子設備中,有足夠的內部電容來提供反饋路徑。 由于輸入和輸出共用地,因此流過接地阻抗的輸出電流也可以將信號耦合回輸入。

    同樣,電源中的阻抗可以將輸入耦合到輸出并引起振蕩。 當一個公共電源用于多級放大時,電源電壓可能會隨著輸出級電流的變化而變化。 電源電壓的變化將作為正反饋出現在輸入級。 一個例子是晶體管收音機,它用新電池可以很好地播放,但當電池舊時會發出尖叫聲或汽艇聲。

    在音頻系統中,如果麥克風靠近揚聲器放置,可能會發生寄生振蕩。 這是由正反饋引起的,從放大器的輸出到揚聲器再到聲波,然后通過麥克風返回到放大器輸入。 請參閱音頻反饋。

    寄生振蕩的條件

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    反饋控制理論的發展是為了解決伺服控制系統中的寄生振蕩問題——系統振蕩而不是執行其預期功能,例如發動機中的速度控制。 巴克豪森穩定性準則給出了振蕩的必要條件; 反饋回路周圍的環路增益等于放大器增益乘以無意反饋路徑的傳遞函數,必須等于一,并且回路周圍的相移必須為零或 360° (2π 弧度)。

    實際上,反饋可能發生在一定頻率范圍內(例如放大器的工作范圍); 在不同的頻率下,放大器的相位可能不同。 如果存在一個反饋為正且振幅條件也滿足的頻率 - 系統將在該頻率下振蕩。

    這些條件可以使用奈奎斯特圖以數學術語表示。 控制回路理論中使用的另一種方法是使用增益和相位與頻率的伯德圖。 使用伯德圖,設計工程師檢查是否存在滿足兩個振蕩條件的頻率:相位為零(正反饋)且環路增益為 1 或更大。

    當寄生振蕩發生時,設計人員可以使用控制回路工程的各種工具來糾正這種情況——降低增益或改變有問題頻率的相位。

    雜散振蕩

    緩解

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    一些措施被用來防止寄生振蕩。 放大器電路的布局使輸入和輸出布線不相鄰,以防止電容或電感耦合。 金屬屏蔽可以放置在電路的敏感部分上。 旁路電容器可以放置在電源連接處,為交流信號提供低阻抗路徑并防止通過電源的級間耦合。 在使用印刷電路板的地方,高功率級和低功率級是分開的,并且布置了接地回路走線,這樣大電流就不會流過接地走線的相互共用部分。 在某些情況下,問題可能只能通過引入另一個反饋中和網絡來解決,計算和調整以消除放大設備通帶內的負反饋

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    詞條目錄
    1. 雜散振蕩
    2. 寄生振蕩的成因
    3. 寄生振蕩的條件
    4. 緩解

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