中文名 | 相位裕量 | 表示符號 | γ |
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簡單地說裕量就是多余的量。用γ來表示
相位裕量是分析運算放大器穩(wěn)定性的一個重要參數(shù),相位裕量是指運算放大器開環(huán)增益為0dB時的相位與180 ° 的差值,對于一個固定的運算放大器設(shè)計,相位裕量只有一個。在開環(huán)增益為0dB時,AD8648的頻率約為25MHz,此時的相位值約為106 ° ,故相位裕量為74 。
如果系統(tǒng)的環(huán)路增益大于等于0dB且相移超過180 ° 時,閉環(huán)的放大電路就會不穩(wěn)定產(chǎn)生振蕩,而相位裕量表明了距離產(chǎn)生自激振蕩的裕量大小,這也是相位裕量成為標志運算放大器穩(wěn)定性的一個重要參數(shù)的原因之一。
影響相位裕量的因素包括閉環(huán)回路的噪聲增益和負載情況。一般而言,噪聲增益愈小則相位裕量愈小,因此單位增益的系統(tǒng)是最難穩(wěn)定的。同時,在選擇運算放大器作為增益緩沖器時,應(yīng)當(dāng)注意運算放大器在單位增益接法下是否能保持穩(wěn)定。純阻性負載一般對相位裕量沒有影響,感性負載對相位裕量有改善作用,而實際應(yīng)用中最常應(yīng)用的容性負載則會降低運算放大器電路的相位裕量,從而導(dǎo)致系統(tǒng)易產(chǎn)生自激振蕩。
時域和頻域角度下,相位裕量對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。可以看出在時域中,相位裕量下降將導(dǎo)致信號的上升沿和下降沿的振蕩加大,使得系統(tǒng)的穩(wěn)定時間延長。而在頻域中,相位裕量下降將使轉(zhuǎn)折頻率處出現(xiàn)尖峰。
對于有負載的系統(tǒng),可以通過分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)獲得相位裕量的計算公式。對于簡單的系統(tǒng),可以采用下面的簡單步驟來判讀系統(tǒng)是否穩(wěn)定,即根據(jù)階躍響應(yīng)的過沖大小來估計相位裕量。對階躍響應(yīng)輸入,一般可選用峰峰值為100mV的信號進行測試,這樣可以避免壓擺率的非線性問題,如果此時在系統(tǒng)的輸出端觀察到過沖或振蕩,則需要重新考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
相位噪聲是衡量頻率標準源(高穩(wěn)晶振、原子頻標等)頻穩(wěn)質(zhì)量的重要指標,隨著頻標源性能的不斷改善,相應(yīng)噪聲量值越來越小,因而對相位噪聲譜的測量要求也越來越高。傳統(tǒng)的零拍測量法已面臨嚴重的挑戰(zhàn),特別是在如何...
發(fā)動機每個缸的點火有一定時序,由曲軸的相位控制,4缸的時序為1-3-4-2或1-2-4-3。發(fā)動機完成4個沖程,曲軸就轉(zhuǎn)過2圈即720度,由于時序的限定,就有了相位差,所以你就會看到發(fā)動機運行時,不是...
相位噪聲是衡量頻率標準源(高穩(wěn)晶振、原子頻標等)頻穩(wěn)質(zhì)量的重要指標,隨著頻標源性能的不斷改善,相應(yīng)噪聲量值越來越小,因而對相位噪聲譜的測量要求也越來越高。傳統(tǒng)的零拍測量法已面臨嚴重的挑戰(zhàn),特別是在如何...
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在設(shè)計運算放大器、伺服馬達控制電路等帶有負反饋的電路時,雖經(jīng)過建模仿真,但實際電路仍然很容易產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。該文通過分析負反饋電路設(shè)計中產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象的原因,總結(jié)出一種實用的負反饋電路穩(wěn)定性評價方法——相位裕度評價法。
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GB151對浮頭式換熱器中浮頭螺柱腐蝕裕量的設(shè)計未作規(guī)定,致使工程實際設(shè)計過程中存在2種觀點,文中對該腐蝕裕量的設(shè)計進行了探討。提出設(shè)計浮頭螺柱時應(yīng)適度考慮腐蝕裕量,并在施工圖中注明在役容器對浮頭螺柱的檢驗與使用要求,建議GB151修訂時予以確認。
相位裕度(phase margin,PM),亦稱相位余裕,在電路設(shè)計中是非常重要的一個指標,主要用來衡量負反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并能用來預(yù)測閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的過沖。一個性能良好的控制系統(tǒng),其相位裕度應(yīng)具有45°左右的數(shù)值。
相位裕度可以看作是系統(tǒng)進入不穩(wěn)定狀態(tài)之前可以增加的相位變化,相位裕度越大,系統(tǒng)越穩(wěn)定,但同時時間響應(yīng)速度減慢了,因此必須要有一個比較合適的相位裕度。
增益裕度是以相位為裕度是-180度時的增益為準進行計算。傳統(tǒng)的增益裕度與相位裕度是經(jīng)典頻域控制理論中的重要概念,能夠直觀在奈奎斯特圖和波德圖上表示出來,是衡量閉環(huán)控制系統(tǒng)魯棒性的重要性能指標。他們分別表示控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定條件下所能承受的最大增益擾動和最大相位擾動,以克服控制回路中存在的干擾和對象不確定性。由于他們能夠直觀、有效的衡量控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性,基于增益、相位裕度的控制系統(tǒng)設(shè)計方法也受到廣泛關(guān)注。
通常開環(huán)相位延遲(相對于輸入)隨頻率變化,逐步增加到超過180°,此頻率下輸出信號(相對于輸入)反相。PM為正值,但會隨著頻率下降,在截止頻率(PM = 0)反相,于是在高頻率PM為負值(PM < 0)。在存在負反饋時,環(huán)路增益超過1情況下PM頻率為零或負值可以保證系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此PM為正是能保證該電路正常工作(不振蕩)的“安全裕度”。這不僅適用于放大器電路,同樣適用于不同負載條件(如無功負載)下的有源濾波器。在最簡單的形式中,涉及有非抗性反饋的理想負反饋電壓放大器,在放大器的開環(huán)電壓增益等于所需閉環(huán)直流電壓增益時測定相位裕度。
更一般地,PM是由放大器及其反饋網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起(通常在放大器輸入處開環(huán))定義的,在環(huán)路增益為1的頻率測定,并在閉合回路之前,通過嘗試輸入源的開環(huán)輸出的方式,將其從中去除。
在上述環(huán)路增益定義中,假設(shè)放大器輸入呈現(xiàn)零負載。要在零負載輸入下工作,為了確定該環(huán)路增益的頻率響應(yīng),反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出需要加一個等效負載。
假定增益對頻率的圖象以一個負斜率穿過單位增益僅一次。只有在抗性或有源反饋網(wǎng)絡(luò)(如有源濾波器的情形)才需要這么考慮。
(1) 當(dāng) j12> 0時,稱第一個正弦量比第二個正弦量的相位越前(或超前) j12;
(2) 當(dāng) j12< 0時,稱第一個正弦量比第二個正弦量的相位滯后(或落后)| j12|;
(3) 當(dāng) j12 = 0時,稱第一個正弦量與第二個正弦量同相;
(4) 當(dāng) j12 = ±π或±180°時,稱第一個正弦量與第二個正弦量反相;
(5) 當(dāng) j12 = ±π/2或±90°時,稱第一個正弦量與第二個正弦量正交。
加在晶體管放大器基極上的交流電壓和從集電極輸出的交流電壓,這兩者的相位差正好等于180°。這種情況叫做反相位,或者叫做反相。