Стабильность по графику Боде

Я изучаю аналоговый дизайн, и мой инструктор сказал мне, что вы можете определить, стабилен ли усилитель, не зная передаточной функции или принципиальной схемы, просто изучив график Боде. Ниже приведен пример нестабильной системы. Он утверждал, что он нестабилен, потому что в точке сдвига фазы на 180 градусов усиление не равно нулю. Насколько я понимаю, это нестабильно только в том случае, если есть обратная связь, о которой мы не обязательно знаем.

Мой вопрос таков: как мы узнаем, стабильна ли система, только по графику Боде?

введите описание изображения здесь

Ответы (4)

График Боде с разомкнутым контуром предоставляет информацию об относительной стабильности системы с замкнутым контуром.

Если разомкнутый контур может обеспечить единичное усиление (или усиление 0 дБ) в ответ на синусоиду на определенной частоте, где он также обеспечивает фазовый сдвиг -180 градусов, тогда он может использовать выходную синусоиду для замены входной синусоиды (отрицательное f/b обеспечивает необходимый дополнительный фазовый сдвиг на -180 градусов). Это критическая стабильность. Колебания являются самоподдерживающимися. Контур не видит никакой разницы между приложенной извне синусоидой и той, которую он создал сам на выходе.

Усиление разомкнутого контура больше 0 дБ на частоте с фазой -180 градусов, очевидно, даст нестабильный замкнутый контур. И усиление разомкнутого контура менее 0 дБ на этой конкретной частоте будет означать, что синусоида постепенно уменьшает амплитуду по мере прохождения по замкнутому контуру. Это стабильная система.

Я думаю, что он имеет в виду 0 дБ или единичное усиление.

Отрицательная обратная связь заканчивается на 180 градусах и становится положительной обратной связью. Если усиление меньше единицы, это все еще стабильно.

Многие анализы устойчивости выполняются путем изучения коэффициента усиления разомкнутой системы. Затем система подключается с обратной связью по замкнутому контуру. Анализ проводится в разомкнутом цикле, выводы об устойчивости относятся к замкнутому контуру.
@ClaudioAviChami Можно ли сделать какие-либо выводы, если у нас не замкнутая система, а функция просто разомкнутая без обратной связи?
Система с разомкнутым контуром не может быть действительно нестабильной — весь смысл теории устойчивости состоит в том, чтобы увидеть, будет ли небольшое возбуждение многократно усиливаться и вызывать экспоненциальное расхождение. Это невозможно без обратной связи. Вы анализируете стабильность системы с обратной связью, разрывая петлю, а затем измеряя передаточную функцию получившейся двухпортовой сети.
Система может быть стабильной при коэффициенте усиления >0 и сдвиге фазы на 180 градусов. Это называется условной устойчивостью. Пока фазовый сдвиг при усилении 0 дБ показывает достаточный запас по фазе, система будет стабильной.

Пожалуйста, ознакомьтесь с первыми слайдами http://cbasso.pagesperso-orange.fr/Downloads/PPTs/Chris%20Basso%20APEC%20seminar%202009.pdf , чтобы понять, как теоретически работает осциллятор. С вашим усилителем, поскольку вы не хотите превращать его в осциллятор, вы должны держаться подальше от условий, в которых он может колебаться или становиться нестабильным. Этими условиями являются усиление 1 (0 дБ) и отставание по фазе 180° или 360° в зависимости от того, где вы наблюдаете обратный путь. Поскольку усилитель естественным образом компенсируется уменьшением усиления по мере увеличения частоты, существует точка частоты, в которой график амплитуды пересекает ось 0 дБ: это частота кроссовера. ф с . На этой частоте вы считываете фазовую кривую, а расстояние до линии -180° или -360° (тогда 0°) является запасом по фазе. Чем больше у вас запас по фазе, тем более демпфированным будет переходный процесс. По мере уменьшения запаса по фазе система становится менее демпфированной (более быстрая реакция с выбросом) и увеличивается амплитуда звона. Даже если запас по фазе исчезнет до кроссовера, пока у вас все еще есть усиление (величина больше 1), система будет стабильной, если запас по фазе достаточен при ф с . Это называется условной стабильностью: если кривая магнитуды идет вверх или вниз, а коэффициент усиления теперь равен 1 в точке, где запас по фазе был равен 0 °, тогда в этой точке у вас есть колебания. Очень часто графики Боде могут вводить в заблуждение, и многие разработчики предпочитают Найквиста, особенно для неминимальных передаточных функций фазы (нестабильные полюса или нули или чистая задержка). Подробнее о запасе по фазе можно прочитать в классическом документе от TI http://www.ti.com/lit/an/slyt087/slyt087.pdf . Ниже рисунка 2 автор обсуждает запас по фазе на графике без обратной связи.

Эта «система» колеблется. Соответствует ли это вашему определению «системы»?

С помощью варикапа на конце кабеля вы можете настроить генератор на частоту 10 МГц с небольшим фазовым шумом.

схематический