Una pregunta sobre la ganancia de bucle, la realimentación y la estabilidad de un circuito de amplificador operacional

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Leí este artículo sobre el concepto de retroalimentación y estabilidad de un amplificador operacional.

El artículo describe la relación entre la ganancia de bucle abierto, la ganancia de bucle cerrado, la ganancia de bucle y algunos efectos de oscilación para el siguiente amplificador operacional que no invierte: Aquíestálatramadebodequegraficoparalasganancias:

Aquíestáelresumendeloqueentendíhastaahora:

Básicamente,lagananciadelcircuitoG=Vout/VindependeenrealidaddelagananciadebucleabiertoAo.GseaproximaaVout/Vin=1/βparafrecuenciasbajas,sinembargo,laformageneraldelaecuaciónderealimentaciónesVout/Vin=Ao/(1+βAo).AomuestraelcomportamientodeLPFdeunsolopoloydisminuyedetalmaneracomoenlatrama.ComoAodisminuyeconlafrecuenciaycomolagananciadecircuitoVout/VinestádirectamenterelacionadaconAo,sepuedeobtenerlagráficaazulenLTspicecomoVout/Vin.YlagananciadebucleabiertoAocomoenlagráficaverdesepuedetrazarconlarelaciónAo=Vout/Vdiff.Otropuntoquemencionaelartículoesquecuandolafrecuencia.aumentaAodisminuyeyelcircuitoluchaconestecambioeintentamantenerelVoutigual.DadoqueVout=Vdiff*AoycuandoAodisminuye,Vdiffaumentaporrealimentación.

Mipreguntaesacercadelainterpretacióndelasiguientegráficaydeverlararezacuandoβ*Ao=-1eneldominiodeltiempo.Elartículocontinúacomo:

Ao=Vout/Vdiff

β=Vn/Vout(Vneslaentradainversora)

β*Ao=Vout/Vdiff*Vn/Vout=Vn/Vdiff

DesdeβAo=Vn/Vdiff,yestoybuscandolafrecuenciadondeβAo=-1;AquíestálagráficadeBodeparaβ*Ao=Vn/Vdiff.(TrazoVn/VdiffenLTspice):

¿CómopuedointerpretarlagráficaanteriorparaβAo?Quierodecir,¿hayunpuntoenestagráficadondeβAo=-1(gananciaunitariaconuncambiode180grados)?Sino,¿significaqueestecircuitonuncaesinestable?

¿Yesposibleveresteefectoβ*Ao=-1eneldominiodetiempoLTspice?

EDIT:

Seguílasugerenciadelusuarioanalogsystemsrfyagreguéuncondensadorde10ualasalida.Debajodelatramadeβ*Ao.

AquíestálanuevatramadeBodedeVout.

AcontinuaciónsemuestraelgráficodeVoutenescalalineal:

YacontinuaciónbarridolaentradadeCAde10mVhasta4kHz

Aquí están mis preguntas:

1-) Si observas la gráfica β Ao, 0dB y 180 grados nunca se cruzan. Cuando el cambio de fase de 180 grados, el dB es -40dB y cuando 0dB el cambio de fase es de 178 grados. Así que significa que nunca es β Ao = -1. Pero todavía se puede ver alguna peculiaridad en la trama. ¿Por qué es así? Me refiero a que para la oscilación es un deber debe haber un punto exactamente donde β * Ao = -1?

2-) Si ves mi trama Vout en escala lineal, observas que alcanza un pico de alrededor de 1.7 kHz. Pero cuando hago barridos en el dominio del tiempo, el pico que observo es de alrededor de 3.4 kHz (el último gráfico anterior). ¿Por qué Bode y el dominio del tiempo muestran esta forma dos veces diferente?

    
pregunta user16307

2 respuestas

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Aquí hay una pantalla de alta velocidad (OPA211, 35MHz) con una ruta de 25,000 ohms (editada de la hoja de especificaciones de 25 ohms). Para causar oscilación, agregamos 1uF Cload. Rout + Cload se encuentran DENTRO del circuito de retroalimentación, lo que proporciona otro cambio de fase de 90 grados. ¿Resultado? Observe que la ruta de 25,000 ohmios deja caer el Fring por sqrt (1,000).

Para una mayor comprensión, lea los 2 criterios de Barkhausen. Se relacionan con la trama de Nyquist / cruce de puntos.

    
respondido por el analogsystemsrf
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Los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales de alta ganancia de etapas múltiples, y todas las etapas se comportan como filtros de paso bajo de primer orden. Combinando más de 3 etapas, con cierta frecuencia, hay un cambio de fase de 180 °.

Si, a esta frecuencia, la ganancia fuera ≥ 1, entonces el simple circuito seguidor de voltaje (con la salida del amplificador operacional conectada directamente a la entrada inversora) sería inestable.

Por esta razón, la mayoría de los amplificadores operacionales se compensan: se agrega un filtro de paso bajo adicional, a propósito, para garantizar que la ganancia sea de < 1 en la frecuencia donde el cambio de fase es de 180 °. Se llaman op-amperios de "ganancia de unidad estable".

Con el circuito que consideras, las resistencias atenúan la señal en un factor 10 antes de devolverla a la entrada inversora. Si el amplificador operacional es estable en ganancia unitaria, entonces, con su circuito, la ganancia total a la frecuencia en la que el cambio de fase es 180 ° es < 0.1. Así que sí: tu circuito nunca es inestable.

Tenga en cuenta que existen algunos amplificadores operacionales que no son estables con ganancia de unidad. Se especifican para una ganancia mínima y pueden ser inestables si intenta configurarlos con una ganancia menor. (Sí, por extraño que parezca, una ganancia baja puede causar inestabilidad, no una ganancia alta). Aunque no son realmente amplificadores operacionales, en el ejemplo de dichos componentes es MCP6N11 , con algunas versiones estables de ganancia de unidad, y otras que solo son estables con ganancias de ≥ 100.

    
respondido por el user2233709

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