¿Por qué es tan importante que un amplificador sea incondicionalmente estable?

2

Al estudiar el diseño del amplificador de ondas milimétricas / microondas, a menudo se encuentran discusiones sobre la estabilidad. Estabilidad significa que el amplificador no generará señales por sí mismo (a excepción del ruido). Como a menudo encontramos en los amplificadores de microondas, siempre hay alguna forma de ruta de retroalimentación que puede llevar a oscilaciones (además de reflexiones de entrada y salida), considerando que sus efectos son una parte importante del diseño.

Las definiciones de los dos tipos de estabilidad son generalmente algo como las siguientes:

  • Estabilidad incondicional: el amplificador será estable (= no oscilará) para cualquier carga y fuente conectada, siempre que no tenga un coeficiente de reflexión mayor que uno en magnitud (\ $ | \ Gamma_ {L} | < 1 \ $ y \ $ | \ Gamma_ {S} | < 1 \ $).
  • Estabilidad condicional: el amplificador es estable para ciertas, pero no todas las conexiones de carga y fuente. Esto significa que un amplificador que es estable cuando está conectado a una salida coincidente puede oscilar cuando se produce una discrepancia debido a una salida abierta. Algunas veces también se llama "Potencialmente inestable".

Tenemos técnicas matemáticas para determinar la estabilidad, basadas en conceptos como Rollett Stability Factor . De esto podemos determinar si un amplificador es incondicionalmente estable. Cuando diseñamos amplificadores ponemos esta estabilidad incondicional como un requisito: solo consideraremos nuestro diseño una vez que el amplificador sea incondicionalmente estable. Si no lo es, podríamos usar técnicas de diseño (como agregar resistencia de compuerta o similar) para asegurarnos de que nuestro amplificador sea incondicionalmente estable.

Ahora vengo a mi pregunta: ¿Por qué? Cuando uno está diseñando un amplificador, a menudo sé a qué impedancia me voy a conectar. Cuando construyo un amplificador para un sistema de radio, probablemente sé cuál es la impedancia de mi antena. Si es para la distribución a través de redes de cable, probablemente será de 75 Ohm. Cuando sea parte de un ASIC, es probable que sepa exactamente cuál es la impedancia de carga y la impedancia de la fuente, ya que yo o mis compañeros de equipo diseñaremos la etapa anterior y la siguiente, o la placa de circuito en la que se encuentra. Entonces, ¿por qué sacrificaría la ganancia (ya que esto es el resultado de muchas técnicas de estabilización usadas), para garantizar que sea estable para todas las cargas, cuando solo se usará con una impedancia de carga única? ¿Por qué no solo asegurarnos de que sea estable para esa impedancia de carga (bueno, el rango de impedancia que podemos esperar debido a errores de producción y demás)?

    
pregunta Joren Vaes

3 respuestas

2

Nos gusta fingir que los circuitos como los amplificadores son esencialmente lineales en torno a algún punto de operación específico, porque eso simplifica enormemente su análisis. Sin embargo, como muchas cosas en la electrónica, eso es solo una aproximación.

Esa aproximación falla en cierta medida con señales de entrada grandes, y en mayor medida durante eventos transitorios como el encendido y el apagado, lo que lleva a un comportamiento no deseado en los circuitos del mundo real. Por lo tanto, utilizamos márgenes conservadores en nuestros diseños, incluidas las reglas generales que requieren una estabilidad incondicional.

Como siempre, el " principio de menos sorpresa " se aplica a otros que puedan necesitar lidiar con el circuito.

    
respondido por el Dave Tweed
1

Además de las respuestas anteriores, debe garantizar la robustez del diseño frente a una variedad de factores fuera de su control. Estos factores pueden incluir variaciones térmicas, envejecimiento del dispositivo, ESD inesperado o incluso mal uso involuntario por parte del usuario final. Estas cosas a veces llevan a variar las impedancias de entrada / salida que pueden causar oscilación si el diseño no es incondicionalmente estable.

Además, si su diseño está destinado a la producción masiva, encontrará cierta dispersión de dispositivos que puede contribuir a los factores mencionados anteriormente.

    
respondido por el Andrés Martínez Mera
0

Le hice esta pregunta a algunas personas que hacen diseños de circuitos integrados de amplificadores de onda mm. Su respuesta fue en las siguientes líneas:

Es cierto que la estabilidad incondicional puede ser un requisito excesivo. Y a veces, las personas realizan diseños de hecho y usan amplificadores que no son incondicionalmente estables. La razón por la que no es común es doble:

Incluso si está diseñando todas las etapas y, por lo tanto, tiene control sobre la fuente y la impedancia de carga, debe asegurarse de que su diseño sea estable para esa impedancia de carga específica. A menudo, la forma más fácil de hacerlo es simplemente asegurarse de que sea estable para todas las impedancias. Es muy posible que tratar de obtener estabilidad para una cierta impedancia solo resultará en que obtenga estabilidad incondicional, lo que significa que puede dedicar más tiempo a optimizar otros parámetros de su amplificador, como la linealidad o PAE (eficiencia de potencia añadida).

Además, el beneficio de ganancia de permitir que el amplificador no sea incondicionalmente estable es pequeño. Un diseñador me dijo que, por lo general, se percibe una pérdida de ganancia de aproximadamente 1dB al pasar de un amplificador condicionalmente estable con una alta confianza de estabilidad para su carga (con respecto a la variabilidad de fabricación) y el mismo amplificador con cierta estabilización, de modo que es incondicionalmente estable.

Un diseñador también lo comparó con una especificación similar que se encuentra a menudo en el diseño electrónico: históricamente, casi nadie vendió un amplificador operacional que no era estable para la retroalimentación de ganancia unitaria (o eso dice, no tengo la edad suficiente para verificar esto) . Era una especie de "requisito" que no era realmente un requisito. Hoy en día, es cada vez más común tener sistemas operativos que no son estables de retroalimentación de ganancia unitaria. Esto puede permitir a los diseñadores la libertad de centrarse en otras especificaciones como la potencia.

    
respondido por el Joren Vaes

Lea otras preguntas en las etiquetas

Comentarios Recientes

¡Sin duda la intensidad del sonido está inversamente relacionada con casi cualquier cosa! ¿Por qué, por ejemplo, mantendríamos un nivel constante de favorito si hubiera menos de un decibelio para permitir el rango transitorio para que haya al menos alguna fluctuación en el volumen? En cuanto a la ganancia ideal: por encima de esta marca, reduciremos significativamente la ganancia, con la expectativa de que los transitorios empeorarán. Pruebas acústicas Para determinar la frecuencia de interfaz exacta utilizada... Lees verder