Die Stabilität ist einer der wichtigsten Parameter bei der Entwicklung von geregelten Spannungsversorgungen. Traditionell erfordert die Stabilitätsmessung einen sperrigen und teuren Frequenzganganalysator (FRA), der in einem Labor nicht immer verfügbar ist. Jetzt ist es möglich diese Messung mit einem Siglent-Oszilloskop, wie dem Einsteigergerät SDS1104X-E durchzuführen. Ergänzend zum Oszilloskop wird nur noch ein arbiträrer Funktionsgenerator von Siglent benötigt.

Ein geregeltes Netzteil kann als rückgekoppelter Verstärker mit ausgeprägter Stromspeise-Fähigkeit gesehen werden. Die Theorie, die auf einen einfachen rückgekoppelten Verstärker zutrifft, gilt somit auch für ein geregeltes Netzteil. In der Theorie kann die Stabilität des rückgekoppelten Systems durch Auswertung der Übertragungsfunktion bestimmt werden. Eine praktischere Methode ist die Erstellung eines Bode-Diagrams der Schleifenverstärkung. Mit der Darstellung der Schleifenverstärkung in Betrag und Phase in einem Bode-Diagramm, kann die Stabilität, durch die Bestimmung der Phasen- und Verstärkungsreserve, ermittelt werden.

Die Phasenreserve wird bestimmt indem man auf der Kurve der Verstärkung den Punkt der Verstärkung 1 (entspricht 0 dB) markiert und eine vertikale Line zieht. Die Differenz zwischen 180° und der am Kreuzungspunkt auf der Phasenkurve abgelesenen Gradzahl ist die Phasenreserve. Die Verstärkungsreserve wird analog bestimmt. Der Ausgangspunkt ist nun aber die Kurve der Phase und der Punkt 180°. Dort wieder eine vertikale Linie ziehen und auf der Verstärkerkurve den Wert ablesen und Differenz zur 0 dB (oder 1) Verstärkung bestimmen. Bei einer Phasenreserve von mehr als 35° kann das System als stabil angesehen werden. Um die Schleifenverstärkung messen zu können muss die Rückkoppelschleife aufgebrochen werden. Technisch gesehen kann die Schleife überall unterbrochen werden. Üblicherweise wird die Schleife an dem Punkt zwischen dem Verstärkerausgang und dem Rückkopplungsnetzwerk unterbrochen. Es wird ein kleiner “Injection”-Widerstand eingefügt, über diesen wird das Testsignal in das System eingebracht.

Das eingespeiste Signal sollte keinen Einfluss auf den DC-Betriebspunkt der Schaltung haben. Eine Lösung des Problems der gemeinsamen Masseverbindung ist die Verwendung eines Trenntransformators oder eines Generators mit isolierten Ausgängen wie sie das Siglent Module SAG1021I bietet. Im nächsten Schritt müssen nur noch die Tastköpfe angeschlossen werden und das Oszilloskop konfiguriert werden. Der Generator ist dabei per USB mit dem Oszilloskop verbunden. Alle Einstellungen werden im “Bode-Plot”-Menü gemacht. Nach dem Start der Erfassung, steuert das Oszilloskop den Generator und führt den Frequenzsweep aus. Mit entsprechenden Markern können nach der Erfassung die Phasen- und Verstärkungsreserve ausgelesen werden. Die Siglent Oszilloskope der Serien SDS5000X, SDS2000X Plus, SDS2000X-E und SDS1004X-E bieten die Bode-Plot Funktion standardmäßig. Alle Siglent Generatoren sind kompatibel.

Eine detailierte Beschreibung der Messung finden Sie unter https://www.siglenteu.com/application-note/power-supply-loop-response-bodeii/