杂散振荡

杂散振幅是电子或数字设备中不受欢迎的电子振荡（输出电压或电流的周期性变化）。它通常是由放大设备中的反馈引起的。该问题主要出现在射频、音频和其他电子放大器以及数字信号处理中。这是控制理论解决的基本问题之一。

杂散振荡有几个原因是不受欢迎的。振荡可能会耦合到其他电路或作为无线电波辐射，从而对其他设备造成电磁干扰 (EMI)。

在音频系统中，寄生振荡有时会在扬声器或耳机中作为恼人的声音被听到。振荡浪费功率并且可能导致不希望的加热。例如，进入寄生振荡的音频功率放大器可能会产生足够的功率来损坏连接的扬声器。振荡电路不会线性放大，因此通过该级的所需信号会失真。

在数字电路中，寄生振荡可能只发生在特定的逻辑转换上，并可能导致后续阶段的不稳定操作；例如，计数器级可能会看到许多杂散脉冲并且计数不规律。

当部分输出能量耦合到输入时，放大器级中的杂散振幅会以正确的相位和振幅在某些频率下提供正反馈。 耦合可以直接发生在输入和输出布线之间，输入和输出之间存在杂散电容或互感。 在一些固态或真空电子设备中，有足够的内部电容来提供反馈路径。 由于输入和输出共用地，因此流过接地阻抗的输出电流也可以将信号耦合回输入。

同样，电源中的阻抗可以将输入耦合到输出并引起振荡。当一个公共电源用于多级放大时，电源电压可能会随着输出级电流的变化而变化。电源电压的变化将作为正反馈出现在输入级。一个例子是晶体管收音机，它用新电池可以很好地播放，但当电池旧时会发出尖叫声或汽艇声。

在音频系统中，如果麦克风靠近扬声器放置，可能会发生寄生振荡。这是由正反馈引起的，从放大器的输出到扬声器再到声波，然后通过麦克风返回到放大器输入。

反馈控制理论的发展是为了解决伺服控制系统中的寄生振荡问题——系统振荡而不是执行其预期功能，例如发动机中的速度控制。巴克豪森稳定性准则给出了振荡的必要条件； 反馈回路周围的环路增益等于放大器增益乘以无意反馈路径的传递函数，必须等于一，并且回路周围的相移必须为零或 360° (2π 弧度）。

实际上，反馈可能发生在一定频率范围内（例如放大器的工作范围）；在不同的频率下，放大器的相位可能不同。如果存在一个反馈为正且振幅条件也满足的频率 - 系统将在该频率下振荡。

这些条件可以使用奈奎斯特图以数学术语表示。控制回路理论中使用的另一种方法是使用增益和相位与频率的伯德图。使用伯德图，设计工程师检查是否存在满足两个振荡条件的频率：相位为零（正反馈）且环路增益为 1 或更大。

当寄生振荡发生时，设计人员可以使用控制回路工程的各种工具来纠正这种情况——降低增益或改变有问题频率的相位。

一些措施被用来防止寄生振荡。放大器电路的布局使输入和输出布线不相邻，以防止电容或电感耦合。金属屏蔽可以放置在电路的敏感部分上。旁路电容器可以放置在电源连接处，为交流信号提供低阻抗路径并防止通过电源的级间耦合。在使用印刷电路板的地方，高功率级和低功率级是分开的，并且布置了接地回路走线，这样大电流就不会流过接地走线的相互共用部分。在某些情况下，问题可能只能通过引入另一个反馈中和网络来解决，计算和调整以消除放大设备通带内的负反馈。