Como se menciona en las hojas de datos de opamp, como this one. Yo pensaría que la estabilidad es un problema en las ganancias más altas, debido a la oscilación. ¿Cuáles son los problemas con la unidad de ganancia?
Como se menciona en las hojas de datos de opamp, como this one. Yo pensaría que la estabilidad es un problema en las ganancias más altas, debido a la oscilación. ¿Cuáles son los problemas con la unidad de ganancia?
La estabilidad no solo depende de la ganancia, sino también de la fase. Si un amplificador inversor tiene un cambio de fase de 180 °, el cambio de fase total es de 360 ° y se cumple uno de los criterios de Barkhausen para la oscilación.
Los amplificadores difieren en su capacidad para ser estables incluso si los externos Los circuitos son óptimos. Para evaluar el potencial de estabilidad de un tipo de amplificador particular, se requieren datos gráficos tanto para "ganancia vs frecuencia "y" fase vs frecuencia "del amplificador de bucle abierto. Si La respuesta de fase muestra! 180E a una frecuencia donde la ganancia es Por encima de la unidad, la retroalimentación negativa se convertirá en retroalimentación positiva. y el amplificador en realidad sostendrá una oscilación. Incluso si el el retardo de fase es menor que! 180E y no hay oscilación sostenida, Habrá rebasamiento y la posibilidad de ráfagas de oscilación. activada por fuentes de ruido externas, si la respuesta de fase no es "suficientemente menor" que -180 ° para todas las frecuencias donde la ganancia es por encima de la unidad. El término "suficientemente menos" se llama más apropiadamente margen de fase . Si la respuesta de fase es -135 °, entonces la fase el margen es de 45 ° (la cantidad "menor que" -180 °). En realidad, la fase. El margen de interés para evaluar el potencial de estabilidad también debe incluir el Respuesta de fase del circuito de realimentación . Cuando esta fase combinada el margen es de 45 ° o más, el amplificador es bastante estable. El numero 45 ° es un valor de "regla general" y un mayor margen de fase dará un resultado parejo Mejor estabilidad y menos rebasamiento.
A menudo, pero no siempre, el margen de fase más bajo está en el más alto frecuencia que ha ganado por encima de la unidad; porque siempre hay algo retraso independiente de la frecuencia que representa más grados en Frecuencias más altas. Un amplificador con margen de 45E en la fase superior. La frecuencia de ganancia de bucle abierto de unidad se dice que es "ganancia de unidad estable". Opcionalmente, la mayoría de los tipos de amplificadores pueden ser compensados por la ganancia unitaria Estabilidad a algún sacrificio en velocidad de giro o ruido de alta frecuencia. Si La estabilidad se considera de alta prioridad, la compensación debe ser hecho. La ganancia de unidad estable significa una operación estable en el punto más bajo cerrado ganancia de bucle donde la estabilidad suele ser peor.
(de aquí )
Lecturas adicionales
¿Por qué la respuesta de Unity es más difícil para la estabilidad?
La ganancia de unidad se logra aplicando un 100% de realimentación a un amplificador de alta ganancia. Habrá un cambio de fase entre la entrada y la salida y se producirá una oscilación cuando el cambio de fase sea igual o superior a 180 grados en cualquier frecuencia en la que la ganancia de bucle abierto sea mayor que la unidad (en realidad siempre en la práctica en un rango de frecuencias).
La situación de realimentación alta de ganancia unitaria es la más difícil para evitar que alguna frecuencia (generalmente en la parte superior del rango de respuesta) tenga un desplazamiento de fase de 180 grados.
En la práctica, "poco menos de 180 grados" no es lo suficientemente bueno, ya que los amplificadores que se aproximan a la oscilación "sonarán" y producirán una respuesta transitoria indeseable en bordes rápidos o en señales con componentes de mayor frecuencia. Por lo tanto, se requiere un grado de "margen de fase", de modo que el cambio de fase en todo el sistema esté bien alejado de 180 grados en todas las frecuencias que se puedan encontrar, a fin de mantener el amplificador alejado de las áreas donde comienza a comportarse mal.
Útil Jensen AN001: algunos consejos para estabilizar los amplificadores operacionales
La retroalimentación negativa estabiliza los amplificadores, mientras que la retroalimentación positiva los desestabiliza.
Debido a la resistencia parásita y la capacitancia, un amplificador termina inevitablemente actuando como un filtro de paso bajo. Esto significa que además de la atenuación hay un cambio de fase. Cuantas más etapas tenga un amplificador, más potencial habrá para los cambios de fase.
La respuesta de frecuencia de un amplificador con dos o más etapas (es decir, casi todos los amplificadores operacionales) contendrá múltiples frecuencias de interrupción. Alrededor de cada frecuencia de corte, aumenta el desplazamiento de fase. Después de la primera frecuencia de interrupción hay aproximadamente 90 grados de cambio de fase, después de la segunda frecuencia de interrupción hay aproximadamente 180 grados de cambio de fase (y así sucesivamente, pero en realidad solo nos interesan los dos primeros).
Un cambio de fase de 180 grados convierte la retroalimentación negativa en retroalimentación positiva. Eso es un problema. Si la "ganancia de bucle" de la ruta de retroalimentación en ese punto es una o más, el amplificador oscilará.
Así que tenemos que diseñar nuestros amplificadores para que la ganancia en el bucle de retroalimentación se reduzca a menos de uno antes de que se alcance la segunda frecuencia de corte. Los fabricantes de OP-AMP hacen esto agregando deliberadamente capacitancia (conocida como "compensación") a sus amplificadores para reducir la frecuencia del primer punto de interrupción y por lo tanto reducir la ganancia en el segundo punto de interrupción. Por supuesto, esto reduce el ancho de banda de nuestro amplificador.
Pero la ganancia en el bucle de realimentación depende no solo del amplificador sino también del divisor de realimentación. Cuanto mayor sea la ganancia de bucle cerrado de su amplificador, menor será la ganancia en el bucle de realimentación. El amplificador de ganancia unitaria no inversora es el peor de los casos, ya que realimenta el 100% de la salida a la entrada. Así que los amplificadores de baja ganancia necesitan una capacitancia de compensación mayor que los de alta ganancia.
Así que los creadores de amplificadores operacionales de alta velocidad te dan la opción. A veces esto se hace teniendo diferentes modelos de amplificador para aplicaciones de baja y alta ganancia. A veces (por ejemplo, en el AD8021) esto se hace colocando el condensador de compensación externamente.
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