透過網路分析儀測量得到的波特圖可以用於測試反饋回路的穩定性,從而確定和判斷增益裕度和相位裕度。這個儀器確實很有用,但它太昂貴了,對於我們中間一部分幾近「貧困」的從業者來說,可能需要其他更便宜的方法,而這個方法可能就是階躍激發(step excitation)。

階躍激發的基本思路很簡單,就是將一個很小的方波干擾注入反饋回路,然後觀察反饋回路對干擾的回應。注入干擾的位置,以及觀察位置可以自行決定。可以有多個干擾點或觀察點,以下本文僅給出四個示例草圖。

在圖1中,當通過R6送到誤差放大器U1非反相輸入端的方波激發對理想穩壓器產生輕微干擾時,U1的輸出為欠阻尼振鈴波形。可從而得出結論,即使在最好的情況下,該回饋環路的穩定性也很差。

20190710TA31P1 圖1 採用階躍激發的理想穩壓器。

在圖2中,除了拿掉了C2之外,一切都與圖1相同。不明智地加入C2,雖然可能產生某種類型的EMI抑制效果,但對環路穩定性卻有不利影響,會產生糟糕的增益裕度和相位裕度,看來有人並不明瞭這一點。

20190710TA31P2 圖2 採用相同的穩壓器和激發,卻表現出更好的穩定性。

我們並不知道增益裕度和相位裕度的具體值是多少,但很顯然沒有C2時,結果會漂亮得多。

在圖3中,又重新加上電容C2。但這次階躍激發通過R6注入到誤差放大器的求和點,結果U1輸出端的欠阻尼振鈴波形看起來比圖1中的波形更差。

20190710TA31P3 圖3 相同的穩壓器,但階躍激發不同。

在圖4中,再次拿掉C2,穩定性又變好了。看來不能用C2了。

20190710TA31P4 圖4 相同的穩壓器和激發,但表現出更好的穩定性。

這裡展示的只是一個非常簡單的例子,但以兩種截然不同的方式注入了方波干擾,即階躍激發。實際的回饋系統會更複雜,有許多可能的注入點,也有許多觀察點,需要檢查所有這些點。

選擇的注入點對正在檢查的反饋回路應該沒有影響,或者影響很小,可忽略不計。

對上述的電路來說,R6阻值為1M已經夠大了。

(參考原文: Step excitation stability tests,by John Dunn)