Apa yang disiratkan oleh parameter “batas fasa” opamp?

8

Saya sedang membaca lembar data MCP6072 . Saya melihat parameter yaitu "margin fase" (tabel 1-2, halaman 4). Sejauh yang saya tahu, "margin fase" adalah istilah teknik kontrol, dan menyiratkan perbedaan fase antara input dan output ketika gain adalah satu. Saya tidak mengerti arti istilah ini dalam terminologi opamp. Margin fase khas dari opamp ini diberikan menjadi 57 o . Apa artinya itu?

operational-amplifier terminology phase-margin hkBattousai
sumber

Jawaban:

5

PM fasa adalah ukuran untuk stabilitas sistem dengan umpan balik. Dan, dengan demikian, ini juga berlaku untuk amplifier operasional. PM didefinisikan untuk GAUN LOOP sistem - yang berarti: buka loop pada simpul yang sesuai dan ukur / simulasikan gain dan fase di sekitar loop lengkap. Kemudian, PM adalah PERBEDAAN antara fase yang diukur dan -360 deg (itu berarti: "Jarak" ke kondisi osilasi, umpan balik positif) pada frekuensi yang memberikan gain loop kesatuan. Tanpa memperhitungkan inversi fasa pada input pembalik, PM adalah "jarak" ke -180 derajat.

Sekarang, untuk opamp situasi paling kritis muncul untuk umpan balik 100% (operasi gain persatuan). Dalam hal ini, faktor umpan balik adalah kesatuan dan penguatan Loop identik dengan gain loop terbuka Ao dari opamp. Biasanya, hanya kondisi ini yang digunakan untuk menentukan PM di lembar data opamp.

Ringkasan: PM seperti yang diberikan untuk opamp adalah PERBEDAAN antara pergeseran fase opamp dan -180 deg pada frekuensi unity-gain.

LvW
sumber
1

Op-amp adalah "sistem kontrol" dan batas fasa didefinisikan sebagai selisih dari -180 derajat fase fungsi transfer loop terbuka ketika besarnya adalah satu. Ini memungkinkan Anda untuk memprediksi stabilitas dan respons sistem ketika Anda menutup loop dengan jumlah umpan balik yang diberikan.

Op-amp biasanya dikompensasi dengan kutub dominan, sehingga fungsi transfer kira-kira Ao / (1 + s / wo) di mana wo adalah frekuensi kutub dominan dan Ao adalah gain DC- Ini menyiratkan batas fasa 90 derajat. Dalam prakteknya, Ft dari transistor menyebabkan pergeseran fasa tambahan dan kutub dominan diatur sehingga crossover 0dB terjadi dengan batas fasa yang wajar.

John D
sumber
1
@VladimirCravero LvW sudah benar, ini bukan jaringan umpan balik, melainkan fungsi transfer loop terbuka keseluruhan. Pada lembar data, mereka tidak dapat mengetahui apa yang akan Anda gunakan untuk membungkus sebuah op-amp, sehingga mereka menentukan batas fasa dari fungsi transfer loop terbuka dari amplifier itu sendiri. Buatlah buffer gain satu dari itu dan Anda akan tahu batas fasa. Umpan balik resistif murni untuk memberikan lebih banyak keuntungan akan lebih stabil dari itu, yaitu nomor lembar data adalah kasus terburuk dalam operasi "normal". (Meskipun ada banyak situasi seperti beban kapasitif yang dapat menyebabkan masalah.)
John D
Fungsi transfer OL dari opamp yang ditandai oleh kutub dominan memiliki fasa tepi yang praktis 90 °. Anda mendapatkan tiang Anda pada beberapa Hz, silangkan 0dB pada 100kHz sehingga fase 90 ° untuk semua tujuan praktis. Jika Anda menutup lingkaran sebagai gantinya, danβ=1, maka kutub bergeser sangat dekat frekuensi gain satu dan margin fasa berkurang.
Vladimir Cravero
@VladimirCravero saya tidak setuju, jika mereka menyeberangi kesatuan pada 90 derajat fase (dengan penempatan kutub yang dominan) mereka memberikan bandwidth. Biasanya mereka akan melintasi kesatuan pada fase yang agak lebih rendah tetapi masih dapat diterima seperti 60 derajat. Kemudian dengan faktor umpan balik kesatuan, margin fasa sistem IS margin fasa karakteristik op-amp loop terbuka, dan bandwidth (kutub loop tertutup) bergerak keluar ke crossover loop terbuka.
John D
@ JohnD Saya tidak percaya kita membahas ini, saya pikir kita mengatakan hal yang sama dalam dua cara berbeda. Bagaimana kutub yang 4 atau 5 dekade sebelum frekuensi gain persatuan memengaruhi fase itu? itu akan menjadi sesuatu seperti arctan (10 ^ 4) yaitu sekitar 99,99% dari 90 ° ... Mungkin Anda menyiratkan bahwa ada kutub lain setelah frekuensi gain satu?
Vladimir Cravero
1
Saya pikir Anda secara teknis tepat untuk op-amp, meskipun dengan sistem kontrol umpan balik umum saya mendengar (dan menggunakan) istilah "gain loop terbuka" untuk seluruh sistem termasuk umpan balik, dan plot Bode untuk analisis stabilitas biasanya berjudul " gain dan fase loop terbuka ". Sebuah op-amp memiliki "gain loop terbuka" yang lebih jelas pada lembar data jadi mungkin istilah "loop gain" lebih sesuai untuk kasus itu. Terima kasih!
John D
0

Phase Margin adalah jumlah margin pergeseran fase pada gain yang dapat menyebabkan ketidakstabilan atau Osilasi.

90 deg adalah ideal teoritis, 0 adalah NG, 45 deg akan memiliki beberapa overshoot, 60 deg adalah solusi praktis. Fase margin menunjukkan tradeoff antara waktu naik dan overshoot.


sumber
0

Op-amp digunakan dengan umpan balik, ini memungkinkan mereka untuk berosilasi, yang buruk kecuali Anda mendesain osilator!

Margin fasa pada dasarnya menyatakan seberapa stabil op-amp, yaitu jarak sudut fase dari titik osilasi, dalam konfigurasi terburuk dari gain unity.

Penambahan input & output kapasitansi liar, tetapi terutama kapasitansi beban, dapat menyebabkan pergeseran fasa yang mengurangi margin stabilitas.

Biasanya resistor kecil ditambahkan ke output untuk mengimbangi beban kapasitif "besar", tetapi ini tentu saja mengurangi penguatan efektif. Input kapasitansi biasanya lebih sedikit masalah, tetapi juga bisa dikompensasi.

Banyak op-amp yang dikompensasi secara internal untuk kondisi penggunaan umum, tetapi tidak semua.

Dave Null
sumber