Parasittisk svingning - Parasitic oscillation

Parasittisk svingning er en uønsket elektronisk svingning (syklisk variasjon i utgangsspenning eller strøm) i en elektronisk eller digital enhet. Det er ofte forårsaket av tilbakemelding i en forsterkende enhet. Problemet oppstår spesielt i RF , lyd og andre elektroniske forsterkere, så vel som i digital signalbehandling . Det er et av de grunnleggende problemene som kontrollteorien tar opp .

Parasittisk svingning er uønsket av flere årsaker. Svingningene kan kobles til andre kretser eller utstråles som radiobølger og forårsake elektromagnetisk interferens (EMI) til andre enheter. I lydsystemer kan parasittiske svingninger noen ganger høres som irriterende lyder i høyttalerne eller øretelefonene. Svingningene sløser med strøm og kan forårsake uønsket oppvarming. For eksempel kan en lydforsterker som går inn i parasittisk svingning generere nok strøm til å skade tilkoblede høyttalere . En krets som oscillerer vil ikke forsterkes lineært, så ønskede signaler som passerer gjennom scenen vil bli forvrengt. I digitale kretser kan parasittiske svingninger bare forekomme ved bestemte logiske overganger og kan resultere i uberegnelig drift av påfølgende trinn; for eksempel kan et motstadium se mange falske pulser og telle uregelmessig.

Årsaker til parasittisk svingning

Parasittisk svingning i et forsterkerstadium oppstår når en del av utgangsenergien kobles til inngangen, med riktig fase og amplitude for å gi positiv tilbakemelding ved en eller annen frekvens. Koblingen kan skje direkte mellom inngangs- og utgangskabler med avledende kapasitans eller gjensidig induktans mellom inngang og utgang. I noen solid-state- eller vakuumelektronenheter er det tilstrekkelig intern kapasitans til å gi en tilbakemeldingsbane. Siden bakken er felles for både inngang og utgang, kan utgangsstrømmen som strømmer gjennom jordforbindelsens impedans også koble signaler tilbake til inngangen.

På samme måte kan impedans i strømforsyningen koble inngang til utgang og forårsake svingninger. Når en vanlig strømforsyning brukes for flere forsterkningstrinn, kan forsyningsspenningen variere med den endrede strømmen i utgangstrinnet. Spenningsendringene i strømforsyningen vil vises i inngangstrinnet som positiv tilbakemelding. Et eksempel er en transistorradio som spiller godt med et nytt batteri, men som hviner eller " motorbåter " når batteriet er gammelt.

I lydsystemer, hvis en mikrofon er plassert nær en høyttaler, kan det oppstå parasittiske svingninger. Dette skyldes positiv tilbakemelding, fra forsterkerens utgang til høyttaler til lydbølger, og tilbake via mikrofonen til forsterkerinngangen. Se Lydtilbakemelding .

Betingelser for parasittiske svingninger

Tilbakemelding kontrollteori utviklet for å løse problemet med parasittiske svingning i servostyringssystemer - systemet oscilleres i stedet for å utføre sin tiltenkte funksjon, for eksempel hastighetskontroll i motorer. Den Barkhausen stabilitetskriteriet gir den nødvendige betingelse for svingning; den sløyfeforsterkningen rundt tilbakekoblingssløyfen, som er lik den forsterker forsterkning multiplisert med overføringsfunksjonen av det utilsiktet tilbakekoblingsbanen, må være lik en, og den faseforskyvning rundt sløyfen må være null eller et multiplum av 360 ° (2π radianer ).

I praksis kan tilbakemelding forekomme over et frekvensområde (for eksempel driftsområdet til en forsterker); ved forskjellige frekvenser kan fasen til forsterkeren være annerledes. Hvis det er en frekvens der tilbakemeldingen er positiv og amplituden også er oppfylt - vil systemet svinge med den frekvensen.

Disse forholdene kan uttrykkes i matematiske termer ved hjelp av Nyquist -plottet . En annen metode som brukes i kontrollsløyfeteori bruker Bode -plott med forsterkning og fase vs. frekvens. Ved å bruke Bode -plott, sjekker en designingeniør om det er en frekvens der begge betingelsene for svingninger er oppfylt: fasen er null ( positiv tilbakemelding ) og sløyfeforsterkningen er 1 eller større.

Når parasittiske svingninger oppstår, kan designeren bruke de forskjellige verktøyene for kontrollsløyfeteknikk for å rette opp situasjonen - for å redusere gevinsten eller for å endre fasen ved problematiske frekvenser.

Skadebegrensning

Flere tiltak brukes for å forhindre parasittisk svingning. Forsterkerkretser er lagt slik at inngangs- og utgangskabler ikke er i nærheten, noe som forhindrer kapasitiv eller induktiv kobling. Et metallskjerm kan plasseres over følsomme deler av kretsen. Bypass-kondensatorer kan settes på strømforsyningstilkoblinger, for å gi en lavimpedansbane for AC- signaler og forhindre kobling mellom trinnene gjennom strømforsyningen. Når kretskort brukes, skilles trinn med høy og lav effekt og jordreturspor ordnes slik at tunge strømmer ikke flyter i gjensidig delte deler av jordsporet. I enkelte tilfeller kan problemet kan bare løses ved innføring av en annen tilbake nøytralisering nettverk, beregnet og justert for å eliminere de negative tilbake innenfor passbåndet for den forsterkende anordning. Et klassisk eksempel er Neutrodyne -kretsen som brukes i tunede radiofrekvensmottakere .

Se også

Referanser