Schaltungstechnik

4.3 Stabilität und Frequenzgangkorrektur von LV 213
5,0V
2,5V
0V
10V
5V
0V
-5V
u 1
u 2
50s 150s 250s
Bild 4.3-6: Ergebnis des Spannungsfolgers mit einem Rechtecksignal bei unkompensiertem
Geradeausverstärker
Das Simulationsergebnis in Bild 4.3-6 zeigt bereits die Schwingneigung des
Spannungsfolgers, da sich die Schleifenverstärkung oberhalb 100kHz am Stabilitätsrand
befindet. Zur Schwingungserregung wäre ein „Durchschneiden“ der Stabilitätsgrenze
von -180 o der Schleifenverstärkung erforderlich. Da aber der
Verstärker die Phase nur um maximal -180 o dreht und das Rückkopplungsnetzwerk
die Phase nicht dreht, befindet sich das System am Phasenrand. Eine zusätzliche
Eckfrequenz im Übertragungsverhalten des Geradeausverstärkers im
Frequenzbereich, wo die Schleifenverstärkung noch größer "1" ist, würde zur
Schwingungserregung führen. Das wäre beispielsweise der Fall, wenn eine Lastkapazität
mit dem „Innenwiderstand“ r a des Geradeausverstärkers eine zusätzliche
Eckfrequenz im Frequenzbereich der Schleifenverstärkung größer "1" ein Durchschneiden
der Phasenbedingung für Instabilität im Phasenverlauf der Geradeausverstärkung
bringen würde. Das nachstehende Experiment bestätigt diesen
Sachverhalt. Im gegebenen Beispiel stellt sich Selbsterregung ein.
Experiment 4.3-2: VSpannungsf_mitCL – Geradeausverstärker mit zwei
Eckfrequenzen, mit kapazitiver Last und mit Begrenzereigenschaft.
Der Geradeausverstärker der Schaltung Bild 4.3-7 weist mit der kapazitiven
Last drei Eckfrequenzen auf und kann somit die Phase um mehr als -180 o drehen.
Wird die Schaltung mit einem Rechteckimpuls nach Bild 4.3-8 erregt, so ist das
Ausgangssignal nicht mehr proportional zum Eingangssignal. Vielmehr zeigt sich
eine Eigenfrequenz, genau bei der Frequenz, wo die Schwingbedingung erfüllt ist.