Dalas na kabayaran ng op-amp at kung bakit ito mahalaga sa iyong op

Ang mga Operational Amplifier o Op-Amps ay isinasaalang-alang bilang workhorse ng Mga Analog Electronic Design. Bumalik mula sa panahon ng mga computer ng Analog, ang Op-Amps ay ginamit para sa mga pagpapatakbo ng matematika na may mga voltages ng analog kung kaya't ang pangalang pagpapatakbo amplifier. Hanggang sa ngayon ang Op-Amps ay malawakan na ginagamit para sa paghahambing ng boltahe, pagkita ng pagkakaiba, pagsasama, pagbubuod at maraming iba pang mga bagay. Hindi na kailangang sabihin, ang Operational Amplifier circuit ay napakadaling ipatupad para sa iba't ibang mga layunin ngunit mayroon itong ilang mga limitasyon na madalas na humantong sa pagiging kumplikado.

Ang pangunahing hamon ay upang mapabuti ang katatagan ng isang op-amp sa isang malawak na bandwidth ng mga application. Ang solusyon ay upang mabayaran ang amplifier sa mga tuntunin ng tugon sa dalas, sa pamamagitan ng paggamit ng isang circuit ng kompensasyon ng dalas sa kabuuan ng amplifier ng pagpapatakbo. Ang katatagan ng isang amplifier ay lubos na nakasalalay sa iba't ibang mga parameter. Sa artikulong ito maintindihan natin ang kahalagahan ng Frequency Compensation at kung paano ito gamitin sa iyong mga disenyo.

Mabilis na Mga Pangunahing Kaalaman sa Op-Amp

Bago dumiretso sa paunang aplikasyon ng mga pagpapatakbo na amplifier at kung paano patatagin ang amplifier gamit ang diskarte sa pagbabayad ng dalas, galugarin natin ang ilang mga pangunahing bagay tungkol sa pagpapatakbo na amplifier

Ang isang amplifier ay maaaring mai-configure bilang isang pagsasaayos ng open-loop o isang pagsasaayos ng closed-loop. Sa isang pagsasaayos ng open-loop, walang mga circuit ng feedback ang nauugnay dito. Ngunit sa isang closed-loop na pagsasaayos, ang amplifier ay nangangailangan ng feedback upang gumana nang maayos. Ang pagpapatakbo ay maaaring magkaroon ng negatibong puna o positibong puna. Kung ang feedback network analog sa kabuuan ng positibong terminal ng op-amp, ito ay tinatawag na positibong feedback. Kung hindi man, ang mga negatibong amplifier ng feedback ay may koneksyon sa feedback na nakakonekta sa buong negatibong terminal.

Bakit kailangan natin ng Frequency Compensation sa Op-Amps?

Tingnan natin ang circuit ng amplifier sa ibaba. Ito ay isang simpleng negatibong feedback na hindi umaikot na circuit ng Op-Amp. Ang circuit ay konektado bilang isang pagsasaayos ng tagasunod ng pagkakaisa.

Ang circuit sa itaas ay napaka-pangkaraniwan sa electronics. Tulad ng alam nating lahat, ang mga amplifier ay may napakataas na impedance sa pag-input sa buong input at maaaring magbigay ng isang makatwirang halaga ng kasalukuyang sa buong output. Samakatuwid, ang mga pagpapatakbo ng amplifier ay maaaring hinihimok gamit ang mababang signal upang makapag-drive ng maraming mas mataas na kasalukuyang.

Ngunit ano ang maximum na kasalukuyang maihahatid ng op-amp upang ligtas na magmaneho ng pagkarga? Ang circuit sa itaas ay sapat na mahusay upang maghimok ng mga purong resistive load (perpektong resistive load) ngunit kung ikonekta namin ang isang capacitive load sa kabuuan ng output, ang op-amp ay magiging hindi matatag at batay sa halaga ng capacitance ng load sa pinakamasamang kaso na maaaring magawa ng op-amp kahit na magsimulang mag-oscillate.

Tuklasin natin kung bakit ang op-amp ay hindi matatag kung ang isang capacitive load ay konektado sa buong output. Ang circuit sa itaas ay maaaring inilarawan bilang isang simpleng pormula -

Isang _{cl =} A / 1 + Aß

Ang isang _cl ay ang makakuha ng closed-loop. Ang A ay ang pagkakaroon ng open-loop ng amplifier. Ang

Ang imahe sa itaas ay isang representasyon ng formula at negatibong feedback amplifier circuit. Ito ay eksaktong kapareho ng tradisyunal na negatibong amplifier na nakasaad dati. Pareho silang nagbabahagi ng input ng AC sa positibong terminal, at pareho ang parehong feedback sa negatibong terminal. Ang bilog ay ang summing junction ay may dalawang mga input, isa mula sa input signal at ang pangalawa mula sa feedback circuit. Sa gayon, kapag ang amplifier ay gumagana sa negatibong mode ng feedback, ang kumpletong boltahe ng output ng amplifier ay dumadaloy sa linya ng feedback sa summing junction point. Sa summing junction, ang boltahe ng feedback at ang boltahe ng pag-input ay idinagdag na magkasama at pinakain pabalik sa input ng amplifier.

Ang imahe ay nahahati sa dalawang yugto ng makakuha. Una, nagpapakita ito ng kumpletong closed-loop circuit dahil ito ay isang closed-loop network at din ang op-amps open-loop circuit dahil ang op-amp na nagpapakita ng A ay isang nakapag-iisang bukas na circuit, ang feedback ay hindi direktang konektado.

Ang output ng summing junction ay karagdagang pinalakas ng op-amp open-loop na nakuha. Samakatuwid, kung ang kumpletong bagay na ito ay kinakatawan bilang isang pagbuo ng matematika, ang output sa kabuuan ng summing junction ay -

Vin - Voutß

Mahusay itong gumagana upang mapagtagumpayan ang isyu ng kawalang-tatag. Lumilikha ang network ng RC ng isang poste sa pagkakaisa o 0dB na nakuha na nangingibabaw o nagkansela ng ibang epekto ng mga mataas na dalas ng mga poste. Ang pagpapaandar ng paglipat ng nangingibabaw na pagsasaayos ng poste ay -

Kung saan, ang A (s) ay ang hindi bayad na pagpapaandar ng paglipat, ang A ay ang pagkakaroon ng open-loop, ώ1, ώ2, at ώ3 ang mga frequency kung saan nakakuha ang roll-off ng -20dB, -40dB, -60dB ayon sa pagkakabanggit. Ipinapakita ng balangkas ng Bode sa ibaba kung ano ang mangyayari kung ang nangingibabaw na diskarte sa pagbabayad ng poste ay idinagdag sa output ng op-amp, kung saan ang taut ay ang nangingibabaw na dalas ng poste.

2. Kabayaran ni Miller

Ang isa pang mabisang diskarte sa pagbabayad ay ang diskarteng pang-bayad ng miller at ito ay isang in-loop na diskarte sa pagbabayad kung saan ang isang simpleng kapasitor ay ginagamit na may o walang resistor ng paghihiwalay ng pag-load (Nulling risistor). Nangangahulugan iyon na ang isang kapasitor ay konektado sa loop ng feedback upang mabayaran ang tugon ng dalas ng op-amp.

Ang circuit ng kompensasyon ng miller ay ipinapakita sa ibaba. Sa diskarteng ito, ang isang kapasitor ay konektado sa feedback na may isang risistor sa kabuuan ng output.

Ang circuit ay isang simpleng negatibong feedback amplifier na may inverting makakuha nakasalalay sa R1 at R2. Ang R3 ay ang null risistor at ang CL ay ang capacitive load sa kabuuan ng op-amp output. Ang CF ay ang capacitor ng feedback na ginagamit para sa mga layunin ng pagbabayad. Ang Capacitor at ang halaga ng risistor ay nakasalalay sa uri ng mga yugto ng amplifier, poste ng poste, at ang capacitive load.

Mga Diskarte sa Pagbabayad ng Panloob na Frequency

Ang mga modernong pagpapatakbo ng amplifier ay may panloob na diskarte sa pagbabayad. Sa panloob na diskarte sa pagbabayad, ang isang maliit na capacitor ng feedback ay konektado sa loob ng op-amp IC sa pagitan ng mga pangalawang yugto Karaniwang emitor transistor. Halimbawa, ang imahe sa ibaba ay ang panloob na diagram ng tanyag na op-amp LM358.

Ang Cc capacitor ay konektado sa buong Q5 at Q10. Ito ang bayad sa Capacitor (Cc). Ang capacitor ng kabayaran na ito ay nagpapabuti ng katatagan ng amplifier at pati na rin maiwasan ang oscillation at ringing effect sa buong output.

Bayad sa Frequency ng Op-amp - Praktikal na simulation

Upang maunawaan nang mas praktikal ang kompensasyon ng Frequency subukan nating gayahin ito sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa circuit sa ibaba -

Ang circuit ay isang simpleng negatibong feedback amplifier gamit ang LM393. Ang op-amp na ito ay walang anumang kapasidad na inbuilt na capacitor. Kami ay gayahin ang circuit sa Pspice na may isang 100pF ng capacitive load at susuriin kung paano ito gaganap sa mababa at mataas na dalas ng operasyon.

Upang suriin ito, kailangang pag- aralan ang isang makakuha ng open-loop at phase margin ng circuit. Ngunit ito ay medyo nakakalito para sa pspice dahil ang pagtulad sa eksaktong circuit, tulad ng ipinakita sa itaas, ay kumakatawan sa nakuha nitong closed-loop. Samakatuwid ang mga espesyal na pagsasaalang-alang ay kailangang gawin. Ang hakbang sa pag-convert sa itaas na circuit para sa open-loop gain simulation (gain vs phase) sa pspice ay nakasaad sa ibaba,

1. Ang input ay pinagbatayan upang makuha ang tugon ng feedback; hindi pinapansin ang input ng closed-loop sa output.
2. Ang input ng pag-invert ay nasira sa dalawang bahagi. Ang isa ay ang divider ng boltahe at ang isa pa ay ang negatibong terminal ng op-amp.
3. Ang dalawang bahagi ay pinalitan ng pangalan upang lumikha ng dalawang magkakahiwalay na mga node at mga layunin ng pagkilala sa panahon ng simulation phase. Ang seksyon ng divider ng boltahe ay pinalitan bilang feedback at ang negatibong terminal ay pinalitan ng pangalan bilang Inv-input. (Inverting input).
4. Ang dalawang sirang node na ito ay konektado sa isang mapagkukunang boltahe ng 0V DC. Ginagawa ito sapagkat, mula sa term ng DC boltahe, ang parehong mga node ay may parehong boltahe na mahalaga para sa circuit upang masiyahan ang kasalukuyang kinakailangan ng operating point.
5. Pagdaragdag ng pinagmulan ng boltahe na may isang 1V ng AC stimulus. Pinipilit nito ang dalawang indibidwal na pagkakaiba-iba ng boltahe ng node upang maging 1 sa panahon ng pagsusuri ng AC. Ang isang bagay ay mahalaga sa kasong ito, na ang ratio ng feedback at ang inverting input ay maaasahan sa mga nakuha ng loop na open-loop.

Matapos gawin ang mga hakbang sa itaas, ganito ang hitsura ng circuit -

Ang circuit ay pinalakas gamit ang 15V +/- power supply rail. Gayahin natin ang circuit at suriin ang output bode plot.

Dahil ang circuit ay walang bayad sa dalas, tulad ng inaasahan na ang simulation ay nagpapakita ng mataas na pakinabang sa mababang dalas at mababang pakinabang sa mataas na dalas. Gayundin, nagpapakita ito ng napakahirap na margin ng phase. Tingnan natin kung ano ang yugto sa pagkakaroon ng 0dB.

Tulad ng nakikita mo kahit sa 0dB na nakuha o pagkakaisa na nakakuha ng crossover, ang op-amp ay nagbibigay ng 6 degree na phase shift sa 100pF capacitive load lamang.

Ngayon ay pagbutihin natin ang circuit sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang resistor ng kompensasyon ng dalas at capacitor upang lumikha ng kompensasyon ng miller sa kabuuan ng op-amp at pag-aralan ang resulta. Ang isang 50 Ohms ng null risistor ay nakalagay sa op-amp at ang output na may 100pF na capacitor ng kabayaran.

Tapos na ang simulation at ang kurba ay mukhang sa ibaba,

Ang kurba ng Phase ay mas mahusay ngayon. Ang phase shift sa 0dB na nakuha ay halos 45.5 degree. Ang katatagan ng amplifier ay lubos na nadagdagan gamit ang diskarte sa pagbabayad ng dalas. Samakatuwid, napatunayan na ang diskarte sa dalas ng dalas ay lubos na inirerekomenda para sa mas mahusay na katatagan ng op-map. Ngunit ang Bandwidth ay mabawasan.

Ngayon nauunawaan namin ang kahalagahan ng dalas na kabayaran ng opamp at kung paano ito gamitin sa aming mga disenyo ng Op-Amp upang maiwasan ang mga problema sa kawalang-tatag. Inaasahan kong nasiyahan ka sa pagbabasa ng tutorial at natutunan ang isang bagay na kapaki-pakinabang. Kung mayroon kang anumang mga katanungan iwanan ang mga ito sa aming mga forum o sa seksyon ng komento sa ibaba.