Ein Zobelglied dient der Stabilität eines Verstärkers. Jeder nicht
beschaltete Verstärker hat einen endlichen Ausgangswiderstand ("open
loop output impedance"), der in erster Näherung frequenzunabhängig ist.
Durch die Beschaltung, also Gegenkopplung, kann die Wirkung dieses
Ausgangswiderstands stark verringert werden. Der beschaltete Verstärker
scheint dann einen viel kleineren Ausgangswiderstand zu haben. Dies
erreicht der Verstärker mit der Gegenkopplung in Verbindung mit seiner
oft riesigen "open loop gain". Diese "open loop gain" ist aber stark
frequenzabhängig und fällt mit rund 20dB pro Dekade für einen üblich
kompensierten Verstärker. Also steigt der Ausgangswiderstand für hohe
Frequenzen an, bis er bei ungefähr der Grenzfrequenz den Wert der "open
loop output impedance" annimmt.
Der endliche Ausgangswiderstand liegt nun mit in der Gegenkopplung und
verursacht mit am Ausgang angeschlossenen kapazitiven Lasten eine
Phasendrehung, die die "phase margin" aufzehrt. Wenn der Verstärker bei
einer bestimmten Frequenz, bei der sich die totale Phase stark Richtung
360° dreht, also eine Mitkopplung entsteht, noch eine Verstärkung kann,
die größer ist als 1, dann wird der Verstärker instabil und beginnen zu
schwingen.
Jetzt kommt das Zobelglied ins Spiel. Für hohen Frequenzen sieht der Cap
aus wie ein Kurzschluß, sodaß der Widerstand des Zobelglieds mit der
endlichen "open loop output impedance" einen Spannungsteiler bildet, der
die Verstärkung auf unter 1 drückt. Die Schwingneigung kann damit
unterdrückt werden.
Zobelglieder sind nicht unkritisch, denn sie erzeugen bei Frequenzen,
bei denen der Cap noch kein Kurzschluß ist, selbst eine Phasendrehung,
die den Versärker selbst wieder instabil werden lassen kann. Deswegen
muß ein Zobelglied recht genau an die Grenzfrequenz, die "open loop
output impedance", die Ausgangsstrombelastbarkeit des Verstärkers und
die komplexe Last angepaßt werden. Der Cap wird meist deutlich größer
als die maximale kapazitive Last gewählt. Der Widerstand liegt ungefähr
im Bereich des minimalen Lastwiderstands. Natürlich darf er nicht viel
größer als die "open loop output impedance" sein, weil sonst keine
brauchbare Spannungsteilung zustande kommt.
In der Regel macht ein Zobelglied nur mit kapazitiven Lasten einen Sinn,
weil nur deren Phasendrehung die "phase margin" aufzehren kann.
Induktive Lasten machen genau das Gegenteil und sind nicht schädlich.
Allerdings können induktive Lasten aufgrund von Wicklungskapazitäten
wieder einen starken kapazitiven Anteil bekommen, sodaß auch dann wieder
ein Zobelglied Sinn machen kann.
