線性光耦合器及其迴路增益「陷阱」
作者 : John Dunn，EDN專欄作者
光耦合器的「線性」特性不能太從字面上去理解。確保為自己所選擇的任何光耦合器檢查其真實斜率，以及選擇設置其靜態工作點的位置...
我最近開始針對手邊的電源進行檢查，其中有一個電源在其反饋路徑中使用了光耦合器來控制其輸出電壓。這是一種常見且成熟的設計方法，但反饋迴路的無條件迴路穩定性並不完全確定。
我決定以兩種方式測量該光耦合器的傳遞函數，如下圖所示。我知道該元件的資料手冊提供了這種特性，但我想親自瞭解一下(圖1)。
圖1：光耦合器傳遞函數測試設置。
恰好我手邊有1.33kΩ和150Ω兩個電阻，因為方便也就直接拿來使用了。其實，只要用一對1kΩ和100Ω電阻也就足夠了，但那時候我就是不想再動手去翻找。
而這兩個測試結果似乎確實證實了資料手冊的介紹(圖2)。
圖2：光耦合器傳遞函數測試結果。
圖2的上部和下部跡線分別與圖1的上部和下部草圖相搭配。注意到這兩個測試結果具有對稱性令人感到欣慰。然而，經過一些心理反思，我意識到有一個迴路增益陷阱必須特別注意。
使用圖2的下部跡線，並測量傳遞函數斜率，就可以看到以下內容(圖3)：
圖3：傳遞函數的特寫檢查。
- 圖中左側部份的斜率為148.8%；上側部份的斜率為17.0%。這兩個斜率以dB表示的比率為20*log10(148.8/17.0)=18.8dB。
- 如果將此光耦合器以線性模式用於反饋路徑中，則小訊號迴路增益可能會變化大約19dB，具體取決於該元件靜態工作點(Q點)的設置位置。
光耦合器的「線性」特性不能太從字面上去理解。該元件的傳遞函數不會發生改變或類似情況，但輸出對輸入的一階導數，即輸出對輸入的斜率，會隨著設置元件靜態工作點的位置而變化。我所檢查的元件可變性接近19dB。
如此大的增益變化可能會對反饋迴路的整體傳遞函數產生「跺腳」(rompin’-stompin’)效應，從而可能會將邊緣穩定的反饋迴路推入條件不穩定狀態。
所有這一切的注意事項是，確保為自己所選擇的任何光耦合器檢查其真實斜率，以及選擇設置其靜態工作點的位置。
編譯：Franklin Zhao
(參考原文：Linear opto-couplers and the loop gain ‘booby trap’，by John Dunn)
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