Was bedeutet der Parameter „Phasenrand“ eines Operationsverstärkers?

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Ich habe das Datenblatt von MCP6072 gelesen . Ich habe einen Parameter gesehen, nämlich "Phasenrand" (Tabelle 1-2, Seite 4). Soweit ich weiß, ist "Phasenspanne" ein Begriff der Steuerungstechnik und impliziert die Phasendifferenz zwischen Eingang und Ausgang, wenn die Verstärkung eins ist. Ich verstehe die Bedeutung dieses Begriffs in der Opamp-Terminologie nicht. Der typische Phasenrand dieses Operationsverstärkers wird mit 57 o angegeben . Was bedeutet das?

operational-amplifier terminology phase-margin hkBattousai
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Antworten:

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Der Phasenrand PM ist ein Maß für die Stabilität eines Systems mit Rückkopplung. Und damit auch für Operationsverstärker. Der PM ist für den LOOP GAIN des Systems definiert - das heißt: Öffnen Sie die Schleife an einem geeigneten Knoten und messen / simulieren Sie die Verstärkung und die Phase um die gesamte Schleife. Dann ist der PM der UNTERSCHIED zwischen der gemessenen Phase und -360 Grad (das heißt: Der "Abstand" zum Schwingungszustand, positive Rückkopplung) bei der Frequenz, die eine Verstärkung der Einheitsschleife ergibt. Ohne Berücksichtigung der Phaseninversion am invertierenden Eingang ist der PM der "Abstand" zu -180 Grad.

Für einen Operationsverstärker ergibt sich nun die kritischste Situation für eine 100% ige Rückkopplung (Einheitsverstärkungsoperation). In diesem Fall ist der Rückkopplungsfaktor Eins und die Schleifenverstärkung ist identisch mit der Open-Loop-Verstärkung Ao des Operationsverstärkers. Normalerweise wird nur diese Bedingung verwendet, um die PM im Datenblatt des Opamps anzugeben.

Zusammenfassung: Die für einen Operationsverstärker angegebene PM ist der UNTERSCHIED zwischen der Phasenverschiebung des Operationsverstärkers und -180 Grad bei der Frequenz der Verstärkung von eins.

LvW
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Ein Operationsverstärker ist ein "Steuersystem" und der Phasenabstand ist definiert als die Differenz von -180 Grad der Phase der Übertragungsfunktion mit offenem Regelkreis, wenn die Größe Eins ist. Auf diese Weise können Sie die Stabilität und Reaktion des Systems vorhersagen, wenn Sie die Schleife mit einer bestimmten Rückkopplungsmenge schließen.

Ein Operationsverstärker wird typischerweise mit einem dominanten Pol kompensiert, sodass die Übertragungsfunktion ungefähr Ao / (1 + s / wo) beträgt, wobei wo die dominante Polfrequenz und Ao die Gleichstromverstärkung ist. Dies impliziert einen Phasenabstand von 90 Grad. In der Praxis verursacht das Ft der Transistoren eine zusätzliche Phasenverschiebung und der dominante Pol wird so eingestellt, dass die 0-dB-Überkreuzung mit einem angemessenen Phasenabstand auftritt.

John D.
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@VladimirCravero LvW hat es richtig gemacht, es ist nicht das Feedback-Netzwerk, es ist die gesamte Open-Loop-Übertragungsfunktion. In einem Datenblatt können sie nicht wissen, was Sie um einen Operationsverstärker wickeln werden, daher geben sie den Phasenabstand der Open-Loop-Übertragungsfunktion des Verstärkers selbst an. Machen Sie einen Einheitsverstärkungspuffer daraus und Sie kennen den Phasenrand. Reine resistive Rückkopplung, um mehr Verstärkung zu erzielen, ist stabiler, dh die Datenblattnummer ist der schlechteste Fall im "normalen" Betrieb. (Obwohl es viele Situationen wie kapazitive Lasten gibt, die Probleme verursachen können.)
John D
β=1
@VladimirCravero Ich bin anderer Meinung, wenn sie die Einheit bei einem Phasenrand von 90 Grad kreuzen (durch Platzierung des dominanten Pols), geben sie die Bandbreite auf. Typischerweise kreuzen sie die Einheit bei einem etwas niedrigeren, aber immer noch akzeptablen Phasenabstand wie 60 Grad. Dann ist bei einem Rückkopplungsfaktor von Eins der Phasenabstand des Systems der Phasenabstand der Open-Loop-Kennlinie des Operationsverstärkers, und die Bandbreite (Pol mit geschlossenem Regelkreis) bewegt sich zum Crossover mit offenem Regelkreis.
John D
@ JohnD Ich kann nicht glauben, dass wir darüber diskutieren. Ich denke, wir sagen dasselbe auf zwei verschiedene Arten. Wie kann ein Pol, der 4 oder 5 Jahrzehnte vor der Frequenz der Verstärkung der Einheit liegt, seine Phase beeinflussen? es wäre so etwas wie Arctan (10 ^ 4), was ungefähr 99,99% von 90 ° entspricht ... Vielleicht implizieren Sie, dass es nach der Frequenz der Einheitsverstärkung noch andere Pole gibt?
Vladimir Cravero
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Ich denke, Sie sind technisch richtig für einen Operationsverstärker, obwohl ich bei allgemeinen Rückkopplungsregelungssystemen den Begriff "Open-Loop-Verstärkung" für das gesamte System einschließlich Rückkopplung höre (und verwende) und die Bode-Diagramme für die Stabilitätsanalyse normalerweise den Titel " Verstärkung und Phase im offenen Regelkreis ". Ein Operationsverstärker hat eine definierte "Open-Loop-Verstärkung" im Datenblatt, daher ist der Begriff "Loop-Verstärkung" für diesen Fall möglicherweise besser geeignet. Vielen Dank!
John D
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Der Phasenabstand ist der Betrag des Phasenverschiebungsabstands bei Verstärkung der Einheit, der zu Instabilität oder Oszillation führen kann.

90 ° ist theoretisch ideal, 0 ist NG, 45 ° haben ein gewisses Überschwingen, 60 ° ist eine praktische Lösung. Die Phasenspanne zeigt den Kompromiss zwischen Anstiegszeit und Überschwingen.


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Operationsverstärker werden mit Rückkopplung verwendet, dies ermöglicht ihnen das Schwingen, was schlecht ist, es sei denn, Sie entwerfen einen Oszillator!

Der Phasenrand gibt grundsätzlich an, wie stabil der Operationsverstärker ist, dh der Phasenwinkelabstand vom Schwingungspunkt im ungünstigsten Fall der Einheitsverstärkung.

Das Hinzufügen einer streunenden Eingangs- und Ausgangskapazität, insbesondere der Lastkapazität, kann eine Phasenverschiebung verursachen, die den Stabilitätsspielraum verringert.

Typischerweise wird dem Ausgang ein kleiner Widerstand hinzugefügt, um eine "große" kapazitive Last zu kompensieren, aber dies verringert natürlich die effektive Verstärkung. Die Eingangskapazität ist normalerweise weniger problematisch, kann aber auch kompensiert werden.

Viele Operationsverstärker werden intern für typische Nutzungsbedingungen kompensiert, aber nicht alle.

Dave Null
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