相位裕度

✍ dations ◷ 2025-06-09 07:42:43 #电量参数,电子反馈,放大器电路,系统理论,信号处理,经典控制

在电子放大器中,相位裕度(PM)是在零dB增益时,放大器的输出信号(相对于其输入)的相位与180°之间的差(单位为度)。

例如,放大器在零dB时的相位落后是135°,则其相位裕度为180°-135°=45°。

通常开环相位延迟(相对于输入)随频率变化,逐步增加到超过180°,此频率下输出信号(相对于输入)反相。PM为正值,但会随着频率上升而下降,在截止频率(PM = 0)反相。频率继续增加,在高于截止频率后PM为负值(PM < 0)。在存在负反馈时,环路增益超过1的情况下PM为零或负值时会导致系统不稳定。因此PM为正是能保证该电路正常工作(不振荡)的“安全裕度”。这不仅适用于放大器电路,同样适用于不同负载条件(如无功负载)下的有源滤波器(英语:active filters)。在最简单的形式中,涉及有非抗性反馈的理想负反馈电压放大器,在放大器的开环电压增益等于所需闭环直流电压增益时测定相位裕度。

更一般地,PM是由放大器及其反馈网络结合在一起(通常在放大器输入处开环)定义的,在环路增益为1的频率测定,并在闭合回路之前,通过尝试输入源的开环输出的方式,将其从中去除。

在上述环路增益定义中,假设放大器输入呈现零负载。要在零负载输入下工作,为了确定该环路增益的频率响应,反馈网络的输出需要加一个等效负载。

假定增益对频率的图象以一个负斜率穿过单位增益仅一次。只有在抗性或有源反馈网络(如有源滤波器的情形)才需要这么考虑。

相位裕度及其相关重要概念波德图,是闭环动态控制系统稳定性的量度。相位裕度能够表现相对稳定性(其对于阶跃函数等输入变化的阻尼响应振荡的倾向)。增益裕度能够表现绝对稳定性和给定任意干扰,不加限制,系统会振荡的程度。

所有的放大器的输出信号相比其输入信号都呈现出时间延迟。此延迟会引起放大器的输入和输出信号之间的相位差。如果放大器的级数足够多,某一频率下的输出信号就会比输入信号滞后一个周期。在此情况下,放大器的输出信号的相位会与其输入信号的相位相同,虽然滞后了360°,也就是说输出的相位角为−360°。这个延迟对使用反馈的放大器有很大影响。原因是:若输出信号反馈的相位处于与放大器的开环电压增益等于其闭环电压增益的频率且开环电压增益为1或更大,则放大器会振荡(英语:electronic oscillation)。出现振荡的原因是输出信号反馈会在该频率加强输入信号。 在常规运算放大器中,临界输出相位角为−180°,因为输出是通过−180°的反相输入反馈到输入的。

在实际设计中,反馈放大器的相位裕度超出0°许多,尽管相位裕度为1°的放大器理论上就是稳定的了。原因在于许多实际因素会将相位裕度减小到低于理论最小值。最好的例子就是放大器的输出连到一个容性负载上。因此,运算放大器通常要补偿(英语:frequency compensation)到最小相位裕度为45°左右。这一意味着处于开环与闭环增益相同的频率时相位裕度为−135°。计算为:-135° - (-180°) = 45°. 为确保足够的相位裕度所做的补偿的方法和结果的详细分析参见Warwick或者Stout。另请参阅条目“极点分离(英语:Pole splitting)”。通常放大器都会设计成典型相位裕度为60度。如果典型相位裕度在60度附近,那么最小相位裕度就会大于45度。相位裕度为60度也是一个神奇的数字,因为当试图跟随电压阶跃输入(巴特沃斯滤波器设计)时,调节时间最短。相位裕度小的放大器会振铃较长时间,而相位裕度更大的放大器上升到电压阶跃的最终水平所花时间就会较长。

另一个相关的度量是增益裕度。增益裕度是以相位为裕度是-180度时的增益为准进行计算。

相关

  • 拉齐奥拉齐奥(意大利语:Lazio,拉丁语:Latium)是意大利的一个大区,其政府所在地为罗马。又译为拉提雍或拉丁姆。拉齐奥的名称来自于拉丁语:Latium,即“拉丁人之地”,是古罗马发源的地方。东
  • 叶军叶军(1967年11月-),浙江绍兴人,美籍华裔物理学家,美国国家科学院院士。1985-1989年就读于上海交通大学物理系,获得物理学学士学位,1997于美国科罗拉多大学获得物理学博士学位。1999
  • 瓦努阿图中华民国与瓦努阿图关系是指中华民国与瓦努阿图共和国之间的关系。两国于2004年有官方外交关系,但7天后即断交,目前没有在对方首都互设具大使馆性质的代表机构。对瓦努阿图的
  • 大西洋胸棘鲷大西洋胸棘鲷是胸棘鲷属的一种,分布于全球各大洋热带至温带海域,栖息深度180-1809米,体长可达75公分,栖息在大陆坡、海脊等深水域,属肉食性,以鱼类、甲壳类、片脚类等为食,可做为食
  • 小政府小政府(Limited government),代表的指主要由民间供给政府所无法提供的事物与服务,政府在其思想与政策尽可能让行政规模与权限限制在某个小范围内。实行小政府最彻底的体制是自由
  • 新戊醇新戊醇,即2,2-二甲基丙醇,是一种有机化合物,是醇类的一种,其化学式为C5H12O或(H3C-)3C-CH2OH. 它是新戊烷或C(CH3)4的醇类衍生物。他是树脂状的结晶性固体,不像其他醇类那么容易
  • 360搜索360搜索(英语:360 Search,原好搜、360综合搜索),是北京奇虎科技有限公司开发的一款搜索引擎,主打“安全、精准、可信赖”。360搜索于2012年8月16日上线, 9月启用独立域名so.com。“
  • 1913年世界大赛1913年的世界大赛是由代表美联的费城运动家与代表国联的纽约巨人对垒。运动家队以4胜1败打败巨人。巨人成为继1906到1908年的小熊后,第二支连三年夺得国联冠军的球队,但也成为
  • 诸神渴了《诸神渴了》(法语:Les dieux ont soif)是法国小说家法郎士的代表作,1912年出版。背景设定在法国大革命时期。为了写好这本书,法朗士收集了丰富的历史资料,甚至精确地记录了大革命
  • 冈札洛·佩亚特冈札洛·佩亚特(1992年8月12日-)是一名阿根廷曲棍球运动员,曾代表国家参加2012年伦敦奥运的男子曲棍球比赛,并未获得奖牌。