Что означает параметр «запас по фазе» операционного усилителя?

8

Я читал таблицу данных MCP6072 . Я видел параметр, а именно «запас по фазе» (таблица 1-2, страница 4). Насколько я знаю, «запас по фазе» является термином управления и подразумевает разность фаз между входом и выходом, когда усиление равно единице. Я не понимаю значение этого термина в терминологии операционных усилителей. Типичный запас по фазе этого операционного усилителя равен 57 o . Что это значит?

operational-amplifier terminology phase-margin hkBattousai
источник

Ответы:

5

Запас фазы PM является мерой устойчивости системы с обратной связью. И, таким образом, это также относится к операционным усилителям. PM определяется для LOOP GAIN системы - это означает: открыть петлю в подходящем узле и измерить / смоделировать усиление и фазу вокруг полной петли. Тогда PM представляет собой РАЗНИЦУ между измеренной фазой и -360 градусами (что означает: «расстояние» до условия колебаний, положительная обратная связь) на частоте, которая дает коэффициент усиления в единичном контуре. Без учета инверсии фазы на входе инвертирования, PM - это «расстояние» до -180 град.

Теперь для операционного усилителя наиболее критическая ситуация возникает для 100% обратной связи (операция с единичным усилением). В этом случае коэффициент обратной связи равен единице, и усиление контура идентично усилению Ао разомкнутого контура операционного усилителя. Как правило, только это условие используется для указания PM в технических характеристиках операционного усилителя.

Резюме: PM, как указано для операционного усилителя, представляет собой РАЗНИЦУ между фазовым сдвигом операционного усилителя и -180 градусами при частоте единичного усиления.

LVW
источник
1

Операционный усилитель - это «система управления», а запас по фазе определяется как разность от -180 градусов фазы передаточной функции без обратной связи, когда величина равна единице. Это позволяет прогнозировать стабильность и реакцию системы при закрытии цикла с заданным количеством обратной связи.

Операционный усилитель обычно компенсируется доминирующим полюсом, поэтому передаточная функция приблизительно равна Ao / (1 + s / wo), где wo - частота доминирующего полюса, а Ao - коэффициент усиления по постоянному току. Это подразумевает запас по фазе в 90 градусов. На практике Ft транзисторов вызывает дополнительный сдвиг фазы, и доминирующий полюс устанавливается так, чтобы кроссовер 0 дБ происходил с разумным запасом фазы.

Джон Д
источник
1
@VladimirCravero LvW правильно понял, что это не сеть обратной связи, а вся функция передачи без обратной связи. На листе данных они не могут знать, что вы собираетесь обернуть вокруг операционного усилителя, поэтому они определяют запас по фазе передаточной функции разомкнутого контура самого усилителя. Сделайте из него буфер усиления единства, и вы будете знать запас по фазе. Чистая резистивная обратная связь, дающая больший коэффициент усиления, будет более стабильной, чем это, то есть номер таблицы данных является наихудшим случаем в «нормальной» работе. (Хотя существует множество ситуаций, таких как емкостные нагрузки, которые могут вызвать проблемы.)
John D
Передаточная функция OL операционного усилителя, характеризующегося доминирующим полюсом, имеет запас по фазе практически 90 °. Вы получили полюс с частотой несколько Гц, пересечь 0 дБ на частоте 100 кГц, чтобы фаза была 90 ° для всех практических целей. Если вместо этого вы закроете цикл, иβ=1затем полюс смещается очень близко к частоте усиления единицы, и запас по фазе уменьшается.
Владимир Краверо
@VladimirCravero Я не согласен, если они пересекают единицу с фазовым запасом 90 градусов (путем размещения доминирующего полюса), они отказываются от полосы пропускания. Как правило, они будут пересекать единицу с несколько меньшим, но все же приемлемым запасом по фазе, например, 60 градусов. Затем с коэффициентом обратной связи, равным единице, запас по фазе системы равен запасу по фазе характеристики разомкнутого контура операционного усилителя, и полоса пропускания (полюс замкнутого контура) перемещается к пересечению разомкнутого контура.
Джон Д
@JohnD Я не могу поверить, что мы обсуждаем это, я думаю, что мы говорим одно и то же двумя разными способами. Как полюс, который находится за 4 или 5 десятилетий до частоты усиления единства, влияет на его фазу? это будет что-то вроде арктана (10 ^ 4), что-то вроде 99,99% от 90 ° ... Может быть, вы подразумеваете, что после частоты усиления единства есть другие полюса?
Владимир Краверо
1
Я думаю, что вы технически подходите для операционного усилителя, хотя с общими системами управления с обратной связью я слышу (и использую) термин «усиление без обратной связи» для всей системы, включая обратную связь, и графики Боде для анализа стабильности обычно называются « коэффициент усиления и фаза разомкнутого контура ". Операционный усилитель имеет более определенный «коэффициент усиления без обратной связи» в техническом описании, поэтому, возможно, термин «коэффициент усиления с обратной связью» больше подходит для этого случая. Спасибо!
Джон Д
0

Фазовая маржа - это величина запаса фазового сдвига при единичном усилении, которая может вызвать нестабильность или колебание.

90 градусов - теоретический идеал, 0 - NG, 45 градусов - некоторое превышение, 60 градусов - практическое решение. Фазовая маржа показывает компромисс между временем нарастания и перерегулированием.


источник
0

Операционные усилители используются с обратной связью, это позволяет им колебаться, что плохо, если вы не проектируете генератор!

Запас по фазе в основном указывает, насколько стабилен операционный усилитель, то есть расстояние по фазе от точки колебания, в наихудшей конфигурации с единичным усилением.

Добавление паразитной входной и выходной емкости, но особенно емкости нагрузки, может вызвать сдвиг фазы, что уменьшает запас устойчивости.

Обычно к выходу добавляется небольшой резистор для компенсации «большой» емкостной нагрузки, но это, конечно, снижает эффективный коэффициент усиления. Входная емкость обычно меньше проблем, но она также может быть компенсирована.

Многие операционные усилители имеют внутреннюю компенсацию для типичных условий использования, но не все.

Дэйв Налл
источник