Что особенного в «стабильном единстве»?

Как упомянуто в описаниях операционных систем, как этот . Я бы подумал, что стабильность - это проблема при больших выигрышах из-за колебаний. Какие проблемы с получением единства?

Стабильность зависит не только от усиления, но и от фазы. Если инвертирующий усилитель имеет фазовый сдвиг 180 °, общий фазовый сдвиг составляет 360 °, и один из критериев Баркгаузена для колебаний выполняется.

Усилители отличаются стабильностью, даже если внешняя схема оптимальна. Для оценки потенциала устойчивости для конкретного типа усилителя требуются графические данные как для «усиления в зависимости от частоты», так и для «фазы в зависимости от частоты» усилителя с разомкнутым контуром. Если фазовый отклик показывает! 180E на частоте, где усиление превышает единицу, отрицательная обратная связь станет положительной обратной связью, и усилитель будет фактически выдерживать колебание. Даже если запаздывание фазы меньше! 180E и нет устойчивых колебаний, произойдет перерегулирование и возникнет всплеск колебаний, вызванный внешними источниками шума, если фазовый отклик не будет «достаточно меньше», чем -180 ° для всех частот. где усиление выше единицы. «Достаточно меньше» фазовый запас . Если фазовый отклик составляет -135 °, то запас по фазе составляет 45 ° (величина «меньше» -180 °). На самом деле, интересующий фазовый запас для оценки потенциала стабильности также должен включать в себя фазовый отклик цепи обратной связи . Когда этот комбинированный запас по фазе составляет 45 ° или более, усилитель достаточно стабилен. Число 45 ° является «правилом большого пальца», и больший запас по фазе даст еще лучшую стабильность и меньше перерегулирования.

Часто, но не всегда, самый низкий запас по фазе находится на самой высокой частоте, которая имеет усиление выше единицы; потому что всегда есть некоторая задержка, независимая от частоты, которая представляет больше градусов на более высоких частотах. Усилитель с фазовым запасом 45E на более высокой частоте единичного усиления разомкнутого контура называется «стабильным единичным усилением». Опционально, большинство типов усилителей могут быть скомпенсированы за стабильность единичного усиления при некотором снижении скорости нарастания или высокочастотного шума. Если стабильность считается приоритетной, необходимо найти компромисс. Стабильность Unity Gain означает стабильную работу при минимальном усилении замкнутого контура, где стабильность обычно наихудшая

( отсюда )

Дальнейшее чтение
Почему обратная связь Unity наиболее сложна для стабильности?

Усиление Unity достигается путем применения 100% обратной связи к усилителю с высоким усилением. Будет сдвиг фазы между входом и выходом, и колебание будет происходить, когда сдвиг фазы равен или превышает 180 градусов на любой частоте, где усиление в разомкнутом контуре больше единицы (на самом деле всегда на практике в диапазоне частот).

Ситуация с высокой обратной связью с единичным коэффициентом усиления является самой сложной, в которой следует избегать некоторой частоты (обычно в верхней части диапазона чувствительности), имеющей сдвиг фазы на 180 градусов.

На практике «чуть меньше 180 градусов» недостаточно, поскольку усилители, приближающиеся к колебанию, будут «звонить» и вызывать нежелательный переходный отклик на быстрых фронтах или на сигналах с высокочастотными компонентами. Следовательно, требуется степень «запаса по фазе», чтобы фазовый сдвиг по всей системе был совершенно чистым и составлял 180 градусов на всех частотах, которые могут встретиться, чтобы держать усилитель вдали от областей, где он начинает плохо работать.

Полезное Jensen AN001 - Несколько советов по стабилизации операционных усилителей

Отрицательная обратная связь стабилизирует усилители, в то время как положительная обратная связь дестабилизирует их.

Из-за паразитного сопротивления и емкости усилитель неизбежно действует как фильтр нижних частот. Это означает, что помимо затухания существует фазовый сдвиг. Чем больше ступеней у усилителя, тем больше потенциал для сдвига фаз.

Частотная характеристика усилителя с двумя или более каскадами (т. Е. Почти всеми операционными усилителями) будет содержать несколько частот прерывания. Вокруг каждой частоты обрыва фазовый сдвиг увеличивается. После первой частоты перерыва фазовый сдвиг составляет около 90 градусов, после второй частоты перерыва фазовый сдвиг составляет около 180 градусов (и так далее, но мы действительно заботимся только о первых двух).

Сдвиг фазы на 180 градусов превращает отрицательную обратную связь в положительную. Это проблема. Если «усиление контура» тракта обратной связи в этой точке равно одному или нескольким, то усилитель будет колебаться.

Таким образом, мы должны сконструировать наши усилители так, чтобы усиление в контуре обратной связи уменьшалось до единицы до достижения второй частоты прерывания. Производители OP-AMP делают это, сознательно добавляя емкость (известную как «компенсация») к своим усилителям, чтобы уменьшить частоту первой точки останова и, следовательно, уменьшить усиление во второй точке останова. Конечно, это уменьшает полосу пропускания нашего усилителя.

Но усиление в контуре обратной связи зависит не только от усилителя, но и от делителя обратной связи. Чем выше усиление замкнутого контура вашего усилителя, тем ниже усиление в контуре обратной связи. Усилитель с неинвертирующим единичным усилением является наихудшим случаем, поскольку он возвращает 100% выходного сигнала на вход. Поэтому усилители с низким коэффициентом усиления требуют большей компенсационной емкости, чем усилители с высоким коэффициентом усиления.

Так что производители высокоскоростных операционных усилителей дают вам выбор. Иногда это делается с помощью разных моделей усилителей для приложений с низким и высоким усилением. Иногда (например, на AD8021) это делается путем внешней установки компенсационного конденсатора.