杂散振荡

✍ dations ◷ 2025-12-10 05:49:19 #控制理论,电子反馈,振荡器,放大器,动力系统,常微分方程

杂散振荡(Parasitic oscillation)是在电子设备或是数位设备中不希望出现的振荡(输出电压或是电流的周期变化)。一般是因为放大设备加上回授所造成,常见于RF(英语:RF power amplifier)、音响功率放大器(英语:audio amplifier)及其他放大器电路以及数字信号处理。杂散振荡是控制理论中的几个基础议题之一。

杂散振荡因为会有以下的问题,一般不希望出现。振荡可能会耦合到其他电路,或是会发射无线电波、造成对其他设备的电磁干扰(EMI)。在音响系统中,杂散振荡会造成耳机或是喇叭出现恼人的噪音。杂散振荡也会消耗能量,造成不必要的发热。例如有杂散振荡的音响功率放大器会产生更大的能量给喇叭,可能会造起损害。振荡的电路可能不再工作在其线性区,因此其中的信号会出现畸变。在数位电路中,杂散振荡只会出现在特定的逻辑转态中,会造成后续模组的错误动作,例如计数器会看到错误的脉波,计数值也会错误。

放大器级的电路若其输出能量和输入耦合,在特定频率的相位及增益可以产生正回授,就会产生杂散振荡。若输入和输出的电路间有杂散电容或是交互电感就会产生杂散振荡。在一些固态元件或是真空管元件中,本身的内部电容就比较大,很容易产生回授路径。因为输入和输出有共同的接地,输出电流流过接地阻抗时,其信号也会和输入耦合。

电源的阻抗也可能让输入和输出耦合,进而产生振荡。 若许多级的放大都使用共同的电源,电源电压会随输出级的电流而改变。而电源电压的变化会出现在输入级上,进而形成正回授。例如晶体管收音机在电池电力足够时运作良好,但若使用较老的电池,就会出现低频汽船声(英语:Motorboating (electronics))(Motorboating)的噪音。

在音响系统中,若麦克风距喇叭很近,也会因为正回授而出现杂散振荡。原因是麦克风接收到喇叭的输出,转换成电子信号后,送到放大器的输入端,可参考声频反馈(英语:Audio feedback)。

回授控制理论的发展就是要处理伺服控制系统中的杂散振荡,也就是系统在非预期的情形下出现振荡。巴克豪森稳定性准则(英语:Barkhausen stability criterion)提供了振荡的必要条件:回授环的环路增益(放大器的增益乘以回授路径的传递函数)等于1,回授环的相位移等于零或是360°的整数倍(2π 弧度)。

实务上,回授会出现在不同的频率,每个频率下,放大器的相位不同。假如有一个频率下有正回授,且满足上述的增益及相位条件,系统就会在该频率振荡。

此条件可以用奈奎斯特图的数学方式表示,控制理论中用的另一个方法用波德图,也就是是增益和相位相对频率的图。设计工程师可以配合波德图确认是否有频率满足振荡条件,相位为零(正回授)及增益等于1或大于1。

若是出现杂散振荡,设计者可以利用控制回路的许多工具来修改此问题,例如调整有问题频率下的增益或是相位。

针对杂散振荡的抑制,有一些常见的作法。例如让放大器电路的输入电不要和输出电路相邻,可以避免电容耦合或是电感耦合。在电路较敏感的部分外围可以加上金属屏蔽层,在电源端可加上去耦电容,让交流信号有低阻抗的路径,避免电源和设备之间出现多级电路之间的耦合。若是使用印刷电路板,强电及弱电的电路需要分离,而且需要规划各电路的接地方式,让共同的接地路径上不会出现大电流。有时杂散振荡需要透过加入neutralization的网络回授才能实现,而且需要经过计算及调整,以消除放大元件在导通频段的负回授。

相关

  • 列克星敦列克星敦(Lexington),美国马萨诸塞州米德尔塞克斯县一小镇。据2010年统计,拥有家庭11,100户,人口31,394人。列克星敦建立于1641年,因美国独立战争于1775年4月19日在此打响第一枪而
  • 自组织自我组织,也称自组织,是一系统内部组织化的过程,通常是一开放系统,在没有外部来源引导或管理之下会自行增加其复杂性。 自组织是从最初的无序系统中各部分之间的局部相互作用,产
  • 福尔摩沙卫星二号福尔摩沙卫星二号(FORMOSAT-2,缩写为FS-2,简称福卫二号),原称中华卫星二号(ROCSAT-2,简称华卫二号),2004年12月30日更名。是台湾的一颗遥测卫星,同时也是台湾自主拥有的第二颗人造卫星
  • 瓦林达瓦林达(英语:Valinda)是位于美国加利福尼亚州洛杉矶县的一个人口普查指定地区。瓦林达的座标为34°02′16″N 117°55′44″W / 34.03778°N 117.92889°W / 34.03778; -117.92
  • 猫咪咖啡馆猫咪咖啡馆是一类以猫为主题的咖啡馆,除了像普通咖啡馆一样提供有咖啡和其他饮料零食,馆内还会有一些猫陪伴顾客。此外,猫咪咖啡馆里的装饰也往往会有很多和猫有关的艺术作品,如
  • 德国高速公路德国高速公路是德国的全国高速公路系统,其德文名称(Autobahn .mw-parser-output .IPA{font-family:"Charis SIL","Doulos SIL","Linux Libertine","Segoe UI","Lucida Sans Un
  • “一二·一”运动四烈士墓坐标:25°3′23″N 102°41′50″E / 25.05639°N 102.69722°E / 25.05639; 102.69722“一二·一”运动四烈士墓,位于云南省昆明市云南师范大学本部校园东北部,为“一二·一”
  • 莱昂·费夫雷斯·科尔德罗莱昂·费夫雷斯·科尔德罗·里瓦德内拉(León Febres Cordero Ribadeneyra,1931年3月9日-2008年12月15日),于1984至1988年间出任厄瓜多尔总统,以努力制止在厄瓜多尔的恐怖主义活动
  • 托马斯·拉科尔托马斯‧拉科尔(英语:Thomas Laqueur, 1945年-),美国历史学家、性学家与作家。他的知名作品有《孤独的性:手淫文化史》与《制造性:从古希腊到佛洛伊德时期的身体和性别观念》。目
  • 波·迪德利埃拉斯·欧萨·贝茨(英语:Ellas Otha Bates,1928年12月30日-2008年6月2日),艺名为波·迪德利(Bo Diddley),是一位美国节奏布鲁斯歌手、吉他手和词曲作者(署名通常为埃拉斯·麦克丹尼尔