هامش الطور

في المضخمات الإلكترونية ، هامش الطور (PM) هو الفرق بين تأخر الطور φ (< 0) و -180 درجة، لإشارة خرج المضخم (بالنسبة لإشارة دخله) عند كسب صفر ديسيبل - أي كسب الوحدة، أو أن إشارة الخرج لها نفس سعة إشارة الدخل.

${\displaystyle \mathrm {PM} =\varphi -(-180^{\circ })}$.

على سبيل المثال، إذا تجاوز كسب الحلقة المفتوحة للمضخم 0 ديسيبل عند تردد يكون فيه تأخر الطور -135 درجة، فإن هامش الطور لنظام التغذية الراجعة هذا هو -135 درجة - (-180 درجة) = 45 درجة. راجع مخطط بود #هامش الكسب وهامش الطور لمزيد من التفاصيل.

عادةً ما يتغير تأخر الطور في الدائرة المفتوحة (بالنسبة للإشارة الداخلة، φ < 0) مع التردد، ويزداد تدريجيًا ليتجاوز 180 درجة، وهو التردد الذي تنعكس عنده إشارة الخرج، أو تصبح معاكسة الطور للإشارة الداخلة. يكون هامش الطور موجبًا ولكنه يتناقص عند الترددات الأقل من التردد الذي يبدأ عنده الانعكاس (حيث يكون هامش الطور = 0)، ويكون سالبًا (هامش الطور < 0) عند الترددات الأعلى. في حالة وجود تغذية راجعة سالبة ، فإن قيمة هامش الطور الصفرية أو السالبة عند تردد يتجاوز فيه كسب الحلقة الواحد (1) تضمن عدم الاستقرار. لذا، يُعد هامش الطور الموجب "هامش أمان" يضمن التشغيل السليم (غير المتذبذب) للدائرة. ينطبق هذا على دوائر التضخيم، وكذلك بشكل أعم، على المرشحات النشطة ، في ظل ظروف تحميل مختلفة (مثل الأحمال التفاعلية). في أبسط صورها، والتي تتضمن مضخمات جهد مثالية ذات تغذية عكسية سالبة مع تغذية عكسية غير تفاعلية ، يتم قياس هامش الطور عند التردد الذي يساوي فيه كسب الجهد في الحلقة المفتوحة للمضخم كسب الجهد المستمر المطلوب في الحلقة المغلقة . ^{[ 1 ]}

وبشكل أكثر عمومية، يتم تعريف PM على أنه مجموع المضخم وشبكة التغذية الراجعة الخاصة به (الحلقة، التي تفتح عادة عند مدخل المضخم)، ويتم قياسها عند تردد يكون فيه كسب الحلقة هو الوحدة، وقبل إغلاق الحلقة، من خلال ربط خرج الحلقة المفتوحة بمصدر الإدخال، بطريقة تطرح منه.

في تعريف كسب الحلقة المذكور أعلاه، يُفترض أن مدخل المُضخّم لا يحمل أي حمل. ولجعل هذا التعريف يعمل مع مدخلات ذات حمل غير صفري، يجب تحميل خرج شبكة التغذية الراجعة بحمل مكافئ لتحديد استجابة التردد لكسب الحلقة.

يُفترض أيضاً أن منحنى الكسب مقابل التردد يتقاطع مع نقطة الكسب الواحد بميل سالب، ويحدث ذلك مرة واحدة فقط. لا يُعتد بهذا الاعتبار إلا في شبكات التغذية الراجعة التفاعلية والفعالة ، كما هو الحال في المرشحات الفعالة.

يُعد هامش الطور، ومفهومه المصاحب المهم، هامش الكسب ، مقياسين للاستقرار في أنظمة التحكم الديناميكي ذات الحلقة المغلقة. يشير هامش الطور إلى الاستقرار النسبي، أي ميل النظام للتذبذب أثناء استجابته المخمدة لتغير في المدخلات، مثل دالة الخطوة . أما هامش الكسب فيشير إلى الاستقرار المطلق، أي مدى تذبذب النظام بلا حدود عند تعرضه لأي اضطراب.

تُظهر إشارات الخرج لجميع المضخمات تأخيرًا زمنيًا مقارنةً بإشارات الدخل. يُسبب هذا التأخير فرقًا في الطور بين إشارتي الدخل والخرج. إذا احتوى المضخم على عدد كافٍ من المراحل، فعند تردد معين، ستتأخر إشارة الخرج عن إشارة الدخل بمقدار دورة كاملة عند ذلك التردد. في هذه الحالة، ستكون إشارة خرج المضخم متوافقة في الطور مع إشارة الدخل، وإن كانت متأخرة عنها بمقدار 360 درجة، أي أن زاوية طور الخرج ستكون -360 درجة. يُعد هذا التأخير ذا أهمية بالغة في المضخمات التي تستخدم التغذية الراجعة . والسبب هو أن المضخم سيتذبذب إذا كانت إشارة الخرج المُغذّاة راجعًا متوافقة في الطور مع إشارة الدخل عند التردد الذي يتساوى فيه كسب الجهد في الحلقة المفتوحة مع كسب الجهد في الحلقة المغلقة، طالما أن كسب الجهد في الحلقة المفتوحة يساوي واحدًا أو أكثر. يحدث التذبذب لأن إشارة الخرج المُغذّاة راجعًا ستعزز إشارة الدخل عند ذلك التردد. ^{[ 2 ]} في مكبرات العمليات التقليدية ، تكون زاوية طور الإخراج الحرجة هي -180 درجة لأن الإخراج يتم تغذيته مرة أخرى إلى المدخل من خلال مدخل عاكس يضيف -180 درجة إضافية.

يُعد هامش الطور وهامش الكسب مقياسين لاستقرار نظام التحكم ذي التغذية الراجعة. يُشيران إلى مدى إمكانية تغير كسب أو طور النظام قبل أن يصبح غير مستقر. هامش الطور هو الفرق (معبرًا عنه برقم موجب) بين 180 درجة وقيمة إزاحة الطور التي عندها تكون قيمة دالة نقل الحلقة 0 ديسيبل. وهو مقدار إزاحة الطور الإضافية التي يُمكن تحملها دون تغيير في الكسب، مع الحفاظ على استقرار النظام. ^{[ 3 ]} أما هامش الكسب فهو الفرق (معبرًا عنه بقيمة ديسيبل موجبة) بين 0 ديسيبل وقيمة دالة نقل الحلقة عند التردد الذي تكون عنده قيمة إزاحة الطور 180 درجة. ^{[ 4 ]} وهو مقدار الكسب الذي يُمكن زيادته أو إنقاصه دون أن يُؤدي ذلك إلى عدم استقرار النظام. في النظام المستقر، يجب أن يكون كلا الهامشين موجبين، أو أن يكون هامش الطور أكبر من هامش الكسب. أما في النظام شبه المستقر، فيجب أن يكون الهامشان صفرًا، أو أن يكون هامش الطور مساويًا لهامش الكسب. يُمكن استخدام مخططات بود لتحديد هامش الكسب وهامش الطور للنظام بيانيًا. ^{[ 3 ]} يرسم مخطط بود استجابة التردد للنظام من خلال رسمين بيانيين - مخطط بود للمقدار (يعبر عن المقدار بالديسيبل) ومخطط بود للطور (يعبر عن إزاحة الطور بالدرجات).

عمليًا، يجب تصميم مضخمات التغذية الراجعة بهوامش طور تتجاوز الصفر بشكل ملحوظ، حتى وإن كانت المضخمات ذات هوامش طور تبلغ، على سبيل المثال، درجة واحدة مستقرة نظريًا. والسبب هو أن العديد من العوامل العملية قد تُقلل هامش الطور إلى ما دون الحد الأدنى النظري. ومن الأمثلة البارزة على ذلك توصيل خرج المضخم بحمل سعوي. لذلك، عادةً ما تُعوض المضخمات التشغيلية لتحقيق هامش طور أدنى يبلغ حوالي 45 درجة. هذا يعني أنه عند التردد الذي تتلاقى عنده مكاسب الحلقة المفتوحة والمغلقة، تكون زاوية الطور -135 درجة. والحساب هو: -135 درجة - (-180 درجة) = 45 درجة. راجع وارويك ^{[ 5 ]} أو ستاوت ^{[ 6 ]} لتحليل مفصل لتقنيات ونتائج التعويض لضمان هوامش طور كافية. انظر أيضًا مقالة " تقسيم الأقطاب ". غالبًا ما تُصمم المضخمات لتحقيق هامش طور نموذجي يبلغ 60 درجة. إذا كان هامش الطور النموذجي حوالي 60 درجة، فسيكون هامش الطور الأدنى عادةً أكبر من 45 درجة. سيستمر المضخم ذو هامش الطور المنخفض في الرنين ^{[ nb 1 ]} لفترة أطول، وسيستغرق المضخم ذو هامش الطور الأكبر وقتًا أطول للوصول إلى المستوى النهائي لخطوة الجهد.