第 1 节

增益太大反而不稳:振荡是怎么来的

把 Ch4 的误差放大器增益从 10 提升到 100,输出不再稳压——而是剧烈振荡。

Ch4 结尾提到:更高增益可以进一步减小误差,但需要补偿网络确保稳定性。本节直接验证:把误差放大器(VCVS)的增益从 -10 改为 -100,其他一切不变——看会发生什么。

结果:输出不再稳定在 6V,而是在 ~3V 到 ~9V 之间剧烈振荡。为什么?LC 滤波器在 504Hz 处有一个双极点,在穿越频率附近产生约 180° 的相位滞后。如果环路增益在此频率仍大于 0dB,Barkhausen 振荡条件满足——正反馈取代了负反馈。

这是所有反馈系统设计的核心矛盾:增益越高 → 稳态误差越小(好),但 → 越容易振荡(坏)。解决方法?不能简单地降低增益——我们需要在保持高增益的同时'修复'相位。这就是补偿网络的作用。

高增益振荡:Gain=100

误差放大器增益=-100, Vref=0.495V。LC 滤波器相移+高增益=振荡。

读完这一节后,先运行示例,再对照上面的观察点去看节点、电流和波形变化;如果想继续自由操作,可以把当前示例单独打开。

本节抓手

  • 增益从 10 升到 100 → 从稳定变为剧烈振荡
  • 根源:LC 双极点产生 180° 相移,高增益使环路增益 > 1
  • 矛盾:高增益 = 好精度,但 = 不稳定——需要补偿来调和

建议观察

  • out 波形:不再是平滑 DC,而是大幅振荡(~3V-9V)
  • pwm 波形:占空比在 0 和 100% 之间疯狂跳变
  • 对比 Ch4 的稳定波形:其他一切相同,只变了增益