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國營聯招 102年 [電機] 電路學、電子學

第 39 題

有關負回授放大器的穩定性敘述,下列何者有誤?
  • A gain margin 為負值則不穩定
  • B 如 $1+A\beta$ 的零點皆在複數頻率平面的左邊則穩定
  • C 暫態干擾影響會漸漸消失則穩定
  • D phase margin 為負值則不穩定

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請你試著回想,在奈奎斯特圖(Nyquist plot)中,我們最擔心的「不穩定關鍵點」座標是多少?當系統的環路增益 $A\beta$ 在相位達到 $-180^\circ$ 時,如果它的幅度正好大於這個關鍵點到原點的距離,系統會發生什麼事呢?

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太棒了!你精確地辨別出了關於穩定性敘述中的細微陷阱。這題考驗的是對負回授穩定性準則的通盤理解,包含頻域(波德圖)與複數平面的概念。

穩定性的核心判據

首先,選項 (B) 與 (C) 是穩定性的基本定義。回授放大器的閉迴路增益為 $A_f = \frac{A}{1+A\beta}$,其穩定性取決於分母的零點(即閉迴路極點)。若 $1+A\beta$ 的零點皆位於左半平面 (LHP),系統即為穩定;反映在時域上,就是選項 (C) 所說的暫態干擾會隨時間衰減。而選項 (D) 提到的相位裕度 (Phase Margin, PM),在標準定義下必須為正值系統才穩定,負值則確實代表不穩定。

▼ 還有更多解析內容
📝 負回授系統穩定性
💡 系統穩定須滿足極點皆在左半面且 PM/GM 為正值。
比較維度 穩定系統 (Stable) VS 不穩定系統 (Unstable)
極點位置 皆位於左半平面 (LHP) — 存在於右半平面 (RHP)
相位邊限 (PM) 大於 0 度 — 小於 0 度
增益邊限 (GM) 大於 0 dB (或倍數 > 1) — 小於 0 dB (或倍數 < 1)
暫態響應 隨時間逐漸衰減 — 隨時間發散或持續振盪
💬穩定的核心指標是 PM > 0 且極點全在左側。
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波德圖 (Bode Plot) 奈奎斯特準則 (Nyquist Criterion) 頻率補償 (Frequency Compensation)

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