Ayuda a determinar la estabilidad del circuito Opamp

Tengo experiencia en software, pero esta vez necesito construir un circuito para escalar una señal de 15 a -15 V CC. En la universidad tomé algunas materias sobre temas eléctricos, así que he leído para recordar, después de eso terminé con el siguiente diseño:

Diseño

Seleccioné un Opamp Rail to Rail tomando como referencia el voltaje de entrada, la velocidad de respuesta y GBW = 1.1 MHz, mis señales a amplificar son ondas cuadradas de máximo 1 KHz, el diseño se basa en las siguientes suposiciones:

1) Seguidor de voltaje para igualar la impedancia.

2) Etapa amplificadora con G = 0.5 y le he agregado un capacitor de 180 pF para que actúe como filtro paso bajo con frecuencia de corte de alrededor de 177 Khz con esto tengo ancho de banda para pasar los armónicos suficientes para ondas cuadradas y filtrar frecuencias altas.

3) Invertir nuevamente la señal.

Sin embargo, soy consciente de que la estabilidad es importante cuando trabajamos con Opamps, pero no recuerdo cómo interpretar un diagrama de Bode. Para este análisis, corté la parte del amplificador del diseño y obtuve el diagrama de Bode sin el capacitor, configuración normal para un amplificador inversor:

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Obtuve el siguiente diagrama de Bode:

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Cuando tracé la respuesta con el capacitor, obtuve algo diferente:

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Mis preguntas son las siguientes:

¿Está bien mi procedimiento de cortar solo la parte media del diseño para analizar la señal? Supongo que los otros 2 circuitos son estables debido a que la ganancia es 1.

¿Es mi circuito estable y adecuado para mis propósitos?

Disculpen si son preguntas básicas pero la Ingeniería Eléctrica no es mi mejor habilidad, espero puedan ayudarme a resolver mis dudas.

¿Cuál es la fuente de la señal en su sistema real?
Hola, gracias por su respuesta, normalmente son salidas de controladores de lado alto conectadas a motores o cargas resistivas, la intención de mi circuito es ser un acondicionamiento de señal para medir el voltaje suministrado a estas cargas y conectar la salida a un sistema de adquisición de datos.
Supongo que su diseño tiene un exceso de ingeniería. Un simple divisor de voltaje con un capacitor en paralelo con la parte inferior de la pierna probablemente funcionaría adecuadamente. Siga con un seguidor de voltaje si es necesario. Pero no conozco sus requisitos completos, así que no puedo estar seguro, por supuesto.
Tomando mi solución propuesta con la configuración opamp y la ganancia = 0.5, ¿sería el diseño estable? Coloco un seguidor de voltaje porque la impedancia de salida de la fuente podría ser diferente y con la última etapa inversora obtengo una impedancia de salida baja.
Casi con certeza (según la hoja de datos que muestra que es un amplificador operacional estable de ganancia unitaria). Pero no te equivocas al hacer el análisis y verificar la fase o el margen de ganancia para tu configuración de retroalimentación específica.
Sin embargo, no debe dejar a C1 fuera de su modelo de prueba de ganancia de bucle abierto. Ese tipo de derrota todo el propósito.
Además, no debe dejar de lado la carga de 10 kohm que la etapa intermedia ve desde la tercera etapa. (aunque sería mucho más importante si fuera una carga de 100 ohmios o 10 ohmios)
Cuando incluyo C1 y grafico la respuesta no puedo encontrar el margen de ganancia, mi fase no cruza -180 grados y como no recuerdo mucho sobre Bode Plot y criterios de estabilidad no se como interpretar la respuesta, gracias en avance por las sugerencias y su ayuda.

Respuestas (1)

La ganancia debe llegar a cero antes de que la fase llegue a -180 grados: ingrese la descripción de la imagen aquíFuente: https://microchipdeveloper.com/asp0107:phase-gain-margin

Cuanta más ganancia y margen de fase tengas, mejor estabilidad tendrás. El problema es que cuando tienes ganancia y -180 grados de retroalimentación, obtienes retroalimentación positiva y la retroalimentación positiva ya no es predecible. (A los ingenieros no les gustan las cosas que no son predecibles)

Hi Voltage Spike, así que cuando trazo el circuito sin condensador para el amplificador inversor según su explicación, ¿sería estable el circuito?
Sí, la ganancia cruza 0 antes de que la fase llegue a -180.
Lo siento, estoy confundido, por su respuesta, ¿está hablando de la primera imagen de la trama (con los cursores) o de la segunda sin ellos? En el primero, veo cruces de fase -180 en X = -1.1, otra pregunta es si estoy bien al eliminar el seguidor de voltaje y la última etapa, ambos con ganancia 1 del análisis. gracias de antemano
Para su gráfico (el último), la ganancia cruza cero (en frecuencia) antes de que la fase llegue a -180. Retire el seguidor de voltaje y verifique los gráficos nuevamente, no debería cambiar mucho. meta.stackexchange.com/questions/126180/…
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