Устойчивость усилителя с ООС

Неустойчивость в работе проявляется в возникновении собственных колебаний на выходе усилителя даже при отсутствии сигнала на входе - самовозбуждение. Усилитель перестает реагировать на внешний сигнал. Причина самовозбуждения в том, что на некоторой частоте отрицательная ОС превращается в положительную.

В усилителе с ростом частоты появляется дополнительный сдвиг фазы Dj(w) (отставание), в цепи обратной связи тоже может быть дополнительный сдвиг Dj_À(w).

Таким образом, с увеличением частоты уменьшается модуль петлевого усиления | K_u(w)c(w)| (даже, если c - частотно независима), и растет дополнительный фазовый сдвиг

Dj_о.с(w)=Dj(w)+Dj_À(w).

Из-за этого обратная связь будет отрицательной только в определенном диапазоне частот, в котором вектор сигнала U_о.с. = вычитается из вектора U_вх, при этом U₁< U_вх.

Найдется такая частота, на которой обратная связь становится положительной, т.е. вектор U_о.с суммируется с вектором U_вх.

При этом U₁ >U_вх т.е. усиление возрастает по сравнению с усилителем без ОС. Если на этой частоте cK_u <1 условие колебаний не выполняется, если же на частоте, где Dj_о.с (w)=180⁰, cK_u >1, то происходит самовозбуждение.

Для устойчивой работы нужен запас по усилению и по фазе. На частоте, где cK_u достигает 1, дополнительный фазовый сдвиг должен быть меньше 180⁰ (не меньше, чем на 60⁰), а на частоте, где фазовый сдвиг равен 180⁰, петлевое усиление должно быть меньше 1, напр. 0,7.

На АЧХ устойчивого усилителя возможен подъем на частоте, где Dj_о.с (w)=-180⁰, но есть запас по усилению.

Теоретически в одном каскаде дополнительный фазовый сдвиг при w®µ не превышает -90⁰. Чем больше число каскадов, тем больше и дополнительный фазовый сдвиг, поэтому опасность самовозбуждения выше в многокаскадном усилителе, охваченном общей ООС. Для исключения самовозбуждения ограничивают коэффициент петлевого усиления на средней частоте . В однокаскадном усилителе ограничения на нет, при N=2 допускается <10..20, при N=3 <3..5. Усилитель с большим, чем 3 числом каскадов не рекомендуется охватывать общей ООС, применяют местную ООС. Для повышения устойчивости многокаскадного усилителя с общей глубокой ООС применяют коррекцию фазо–частотной характеристики как самого усилителя, так и цепи обратной связи.