Op-amp dažnio kompensavimas ir kodėl jis yra svarbus jūsų op

Operatyviniai stiprintuvai arba „Op-Amps“ yra laikomi „Analog Electronic Designs“ arkliu. Dar iš analoginių kompiuterių eros „Op-Amps“ buvo naudojami matematinėms operacijoms su analoginėmis įtampomis, todėl buvo vadinamas operacinis stiprintuvas. Iki datos „Op-Amps“ yra plačiai naudojami įtampos palyginimui, diferenciacijai, integravimui, sumavimui ir daugeliui kitų dalykų. Nereikia nė sakyti, kad operacinio stiprintuvo grandines yra labai lengva įdiegti įvairiais tikslais, tačiau ji turi keletą apribojimų, kurie dažnai sukelia sudėtingumą.

Pagrindinis iššūkis yra pagerinti op-amp stabilumą plačioje programų juostoje. Sprendimas yra kompensuoti stiprintuvą atsižvelgiant į dažnio atsaką, naudojant operaciniame stiprintuve dažnio kompensavimo grandinę. Stiprintuvo stabilumas labai priklauso nuo skirtingų parametrų. Šiame straipsnyje supraskime dažnio kompensavimo svarbą ir kaip jį naudoti kuriant dizainą.

Greiti „Op-Amp“ pagrindai

Prieš eidami tiesiai į išankstinį operacinių stiprintuvų taikymą ir kaip stabilizuoti stiprintuvą naudojant dažnio kompensavimo techniką, panagrinėkime keletą pagrindinių dalykų apie operacinį stiprintuvą.

Stiprintuvas gali būti sukonfigūruotas kaip atviros arba uždaros grandinės konfigūracija. Į atviros kilpos konfigūracijos, nėra grįžtamojo ryšio grandinės yra susijęs su juo. Tačiau esant uždaros grandinės konfigūracijai, stiprintuvui reikia grįžtamojo ryšio, kad jis veiktų tinkamai. Operacinis gali turėti neigiamą arba teigiamą grįžtamąjį ryšį. Jei grįžtamojo ryšio tinklo analogas per op-amp teigiamą terminalą, tai vadinama teigiamais grįžtamuoju ryšiu. Priešingu atveju neigiamo grįžtamojo ryšio stiprintuvuose grįžtamojo ryšio schema yra sujungta per neigiamą terminalą.

Kodėl mums reikalinga dažnio kompensacija „Op-Amps“?

Pažiūrėkime žemiau esančią stiprintuvo grandinę. Tai paprasta neigiamo grįžtamojo ryšio invertuojanti „Op-Amp“ grandinė. Grandinė yra sujungta kaip vienybės didinimo pasekėjų konfigūracija.

Minėta grandinė yra labai paplitusi elektronikoje. Kaip mes visi žinome, stiprintuvai turi labai didelę įėjimo impedanciją visoje įvestyje ir galėtų suteikti pagrįstą srovės kiekį visoje išvestyje. Todėl operacinius stiprintuvus galima valdyti naudojant mažus signalus didesnės srovės apkrovoms valdyti.

Bet kokia yra didžiausia srovė, kurią gali pateikti op-amp, kad saugiai būtų galima vairuoti krovinį? Pirmiau nurodyta grandinė yra pakankamai gera, kad būtų galima valdyti grynas varžines apkrovas (ideali varžinė apkrova), tačiau jei mes prijungsime talpinę apkrovą visoje išvestyje, op-amp taps nestabilus ir pagrįstas apkrovos talpos verte blogiausiu atveju op-amp net ima svyruoti.

Panagrinėkime, kodėl op-amp tampa nestabilus, kai per išvestį yra prijungta talpinė apkrova. Pirmiau pateiktą grandinę galima apibūdinti kaip paprastą formulę -

A _{cl =} A / 1 + Aß

_Cl yra uždarojo ciklo prieaugis. A yra atvirojo stiprintuvo stiprinimas. The

Aukščiau pateiktas paveikslėlis yra formulės ir neigiamo grįžtamojo ryšio stiprintuvo grandinės vaizdas. Jis yra visiškai identiškas anksčiau nurodytam tradiciniam neigiamam stiprintuvui. Jie abu naudoja kintamosios srovės įvestį teigiamame gnybte ir abu turi tą patį grįžtamąjį ryšį neigiamame gnybte. Apskritimas yra sumuojanti jungtis, turinti du įėjimus, vieną iš įvesties signalo ir antrą iš grįžtamojo ryšio grandinės. Na, kai stiprintuvas veikia neigiamo grįžtamojo ryšio režimu, visa stiprintuvo išėjimo įtampa per grįžtamojo ryšio liniją teka į susumavimo jungties tašką. Sumuojančioje sankryžoje grįžtamoji įtampa ir įėjimo įtampa sudedamos kartu ir vėl tiekiamos į stiprintuvo įvestį.

Vaizdas yra padalintas į du padidinimo etapus. Pirma, tai rodo visą uždaros grandinės grandinę, nes tai yra uždaro ciklo tinklas, taip pat op-ampers atviros grandinės grandinė, nes op-amp, rodanti A, yra atskira atvira grandinė, grįžtamasis ryšys nėra tiesiogiai prijungtas.

Sumuojančios jungties išvestį dar labiau sustiprina op-amp atvirosios kilpos padidėjimas. Todėl, jei šis visas dalykas pateikiamas kaip matematinis darinys, išvesties jungties rezultatas yra -

Vin - Voutß

Tai puikiai padeda įveikti nestabilumo problemą. RC tinklas sukuria vienybės ar 0dB stiprinimo polių, kuris dominuoja arba panaikina kitų aukšto dažnio polių efektą. Dominuojančio poliaus konfigūracijos perdavimo funkcija yra -

Kur A (s) yra nekompensuota perdavimo funkcija, A yra atviros kilpos stiprinimas, ώ1, ώ2 ir ώ3 yra dažniai, kur stiprinimas pasislenka atitinkamai -20dB, -40dB, -60dB. Žemiau pateiktas Bode grafikas parodo, kas nutinka, jei prie op-amp išvesties pridedama dominuojančio poliaus kompensavimo technika, kur fd yra dominuojantis poliaus dažnis.

2. Millerio kompensacija

Kita efektyvi kompensavimo technika yra frezavimo kompensavimo technika ir tai yra ciklo kompensavimo technika, kai paprastas kondensatorius naudojamas su apkrovos izoliaciniu rezistoriumi arba be jo (Nulling rezistorius). Tai reiškia, kad kondensatorius yra prijungtas prie grįžtamojo ryšio kilpos, kad kompensuotų op-amp dažnio atsaką.

Miller kompensacijos grandinė yra parodyta žemiau. Taikant šią techniką, kondensatorius yra prijungtas prie grįžtamojo ryšio su rezistoriumi išėjime.

Grandinė yra paprastas neigiamo grįžtamojo ryšio stiprintuvas, kurio invertinis stiprinimas priklauso nuo R1 ir R2. R3 yra nulinis rezistorius, o CL - talpinė apkrova op-amp išėjime. CF yra grįžtamojo ryšio kondensatorius, naudojamas kompensavimo tikslais. Kondensatorius ir rezistoriaus vertė priklauso nuo stiprintuvo pakopų tipo, polių kompensavimo ir talpinės apkrovos.

Vidinio dažnio kompensavimo būdai

Šiuolaikiniai operaciniai stiprintuvai turi vidinę kompensavimo techniką. Taikant vidinę kompensavimo techniką, mažas grįžtamojo kondensatorius yra prijungtas op-amp IC viduje tarp antrojo etapo Bendrojo emiterio tranzistoriaus. Pavyzdžiui, žemiau pateiktame paveikslėlyje pateikiama populiaraus op-amp LM358 vidinė schema.

Cc kondensatorius yra sujungtas Q5 ir Q10. Tai kompensacinis kondensatorius (Cc). Šis kompensacinis kondensatorius pagerina stiprintuvo stabilumą ir užkerta kelią virpesių bei skambėjimo efektui išėjime.

Op-amp dažnio kompensavimas - praktinis modeliavimas

Norėdami praktiškai suprasti dažnio kompensavimą, pabandykime jį imituoti, atsižvelgdami į žemiau pateiktą grandinę -

Grandinė yra paprastas neigiamo grįžtamojo ryšio stiprintuvas, naudojant LM393. Šiame op-amp nėra įmontuotas kompensacinis kondensatorius. Mes imituosime Pspice grandinę su 100pF talpos apkrova ir patikrinsime, kaip ji veiks žemo ir aukšto dažnio operacijose.

Norėdami tai patikrinti, reikia išanalizuoti grandinės atviros kilpos padidėjimą ir fazės skirtumą. Tačiau pspice yra šiek tiek keblu, nes tikslios grandinės modeliavimas, kaip parodyta aukščiau, atspindės jo uždarojo ciklo padidėjimą. Todėl reikia atsižvelgti į specialias aplinkybes. Žemiau nurodytas žingsnis, kaip konvertuoti pirmiau pateiktą grandinę į atviros kilpos stiprinimo modeliavimą (padidėjimas vs fazė),

1. Įvestis pagrįsta grįžtamojo ryšio atsakymui gauti; nepaisoma uždaro ciklo įvesties į išvestį.
2. Keičiamasis įvestis yra padalinta į dvi dalis. Vienas yra įtampos daliklis, o kitas - neigiamas op-amp stiprintuvas.
3. Dvi dalys yra pervadintos, kad modeliavimo etape būtų sukurti du atskiri mazgai ir identifikavimo tikslai. Įtampos daliklio sekcija pervadinama kaip grįžtamasis ryšys, o neigiamasis gnybtas - „Inv-input“. (Apversta įvestis).
4. Šie du sugedę mazgai yra prijungti prie 0 V nuolatinės įtampos šaltinio. Tai daroma todėl, kad nuo nuolatinės įtampos termino abu mazgai turi tą pačią įtampą, kuri yra būtina grandinei, kad būtų patenkintas dabartinis veikimo taško reikalavimas.
5. Įtampos šaltinio pridėjimas 1 V kintamosios srovės dirgikliu. Tai priverčia dviejų atskirų mazgų įtampos skirtumus kintamosios srovės analizės metu tapti 1. Šiuo atveju labai svarbu, kad grįžtamojo ryšio ir invertuojančios įvesties santykis būtų patikimas nuo grandinių atvirosios kilpos stiprinimo.

Atlikus pirmiau nurodytus veiksmus, grandinė atrodo taip -

Grandinė maitinama naudojant 15 V +/- maitinimo bėgį. Imituokime grandinę ir patikrinkime jos išvesties bodo diagramą.

Kadangi grandinė neturi dažnio kompensavimo, kaip tikėtasi, modeliavimas rodo didelį padidėjimą žemu dažniu ir mažą padidėjimą aukštu dažniu. Be to, jis rodo labai prastą fazės skirtumą. Pažiūrėkime, kokia yra 0dB padidėjimo fazė.

Kaip matote net esant 0dB padidėjimui arba vienybės padidėjimui, op-amp užtikrina 6 laipsnių fazės poslinkį tik esant 100pF talpinei apkrovai.

Dabar improvizuokime grandinę, pridedant dažnio kompensavimo rezistorių ir kondensatorių, kad sukurtume frezos kompensaciją per op-amp ir analizuokime rezultatą. 50 omų nulinis rezistorius dedamas per op-amp ir išėjimą su 100pF kompensaciniu kondensatoriumi.

Modeliavimas atliktas, o kreivė atrodo taip, kaip nurodyta toliau,

Fazės kreivė dabar yra daug geresnė. Fazės poslinkis esant 0dB stiprumui yra beveik 45,5 laipsnio. Naudojant dažnio kompensavimo techniką, stiprintuvo stabilumas labai padidėja. Todėl yra įrodyta, kad dažnio kompensavimo technika yra labai rekomenduojama, kad op-žemėlapis būtų stabilesnis. Tačiau pralaidumas sumažės.

Dabar mes suprantame „ Opamp“ dažnio kompensavimo svarbą ir kaip jį naudoti mūsų „Op-Amp“ projektuose, kad būtų išvengta nestabilumo problemų. Tikiuosi, kad jums patiko skaityti pamoką ir sužinojote ką nors naudingo. Jei turite klausimų, palikite juos mūsų forumuose arba žemiau esančiame komentarų skyriuje.