Comprensión de la compensación de polo dominante

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Comprensión de la compensación de polo dominante

Física
bucle cerrado
retroalimentación negativa
compensación de polos
ganancia-ancho-banda-producto

Keno

Según Miller Effect, dentro de los dispositivos amplificadores, como los transistores que tienen una ganancia de voltaje de inversión superior a uno, debe haber una mayor capacitancia de entrada con una mayor ganancia de voltaje de un amplificador.

También me han dicho que este efecto limita el amplificador a frecuencias más altas. Aquí es donde se trata de la incorporación de un método para aumentar el ancho de banda del transistor. Uno de ellos es la compensación del polo dominante.

Según Wikipedia:

"Cuando se introduce un capacitor entre los lados de entrada y salida del amplificador con la intención de mover el polo de menor frecuencia (generalmente un polo de entrada) a frecuencias más bajas, la división del polo hace que el siguiente polo en frecuencia (generalmente un polo de salida) pasar a una frecuencia más alta".

Entiendo la parte cuando dice que el segundo polo debe moverse a una frecuencia más alta (probablemente sea la segunda caída), pero ¿por qué diablos querrías disminuir el primer polo y, en consecuencia, la primera caída de ganancia comienza en frecuencias más bajas? que antes. ¿Cuál es el punto de esto?

Quiero decir, ¿no debería desearse que esa curva de ganancia frente a frecuencia sea lo más plana posible, el mayor tiempo posible, a frecuencias más altas? Pero con la adición de un capacitor entre el nodo de entrada y salida de la etapa de amplificación de voltaje, la frecuencia del primer polo disminuye y, al mismo tiempo, la curva de ganancia plana se vuelve más corta que antes.

Entiendo lo que la trama superior está tratando de lograr allí: disminución constante de la ganancia con el aumento de la frecuencia; la línea punteada recta desde el 1er hasta el 2do roll-off de la curva de ganancia. Pero aún así, la ganancia está disminuyendo en esa área, ¡disminuyendo! ¿No sería deseable estar plano el mayor tiempo posible?

Todavía hay dos o tres preguntas que no me quedan claras (si se agregan algunos buenos comentarios, esta publicación se puede editar fácilmente):

En referencia al margen de fase: ¿Entre qué dos puntos se produce el cambio de fase? Dentro de la retroalimentación negativa? ¿Se agrega al cambio básico de 360 ° desde la salida del amplificador a la entrada de retroalimentación negativa?

También leí en alguna parte que el margen de fase es la retroalimentación negativa al factor de retroalimentación positiva. ¿Se puede representar de esa manera?

Andy alias

No entiendo por qué el segundo polo debería moverse más alto en frecuencia. Puedo entender que el capacitor agregado se haga cargo del primer polo original, pero ¿por qué el segundo polo debería moverse en el espectro? ¿Qué tal un enlace al artículo wiki?

G36

La compensación de polo dominante es el tipo más simple de compensación. Y la desventaja de este método, como ya notó, es el límite del ancho de banda del amplificador (ancho de banda de bucle abierto). Pero podemos vivir con este defecto siempre que podamos hacer que la ganancia de bucle abierto en CC sea lo más alta posible. Entonces, el ancho de banda de bucle cerrado puede ser mucho mayor que la frecuencia del polo dominante. Y tenemos 90 grados de margen de fase que es muy bueno. wps.prenhall.com/chet_paynter_introduct_6/…

Keno

@Andyaka en.wikipedia.org/wiki/Pole_splitting

Keno

El segundo polo de @Andyaka debería moverse hacia arriba en frecuencia; eso está relacionado de alguna manera con el margen de fase que ocupa el lugar de la retroalimentación negativa. Y desea mover el segundo polo hacia arriba en frecuencia para que la ganancia del amplificador sea igual a la unidad antes de que pueda tener lugar un cambio de fase de 180 grados. Así es como lo describe mi libro (y otros artículos buscados en Google). Pero no me queda claro por qué ese cambio de fase es realmente importante aquí.

Keno

@G36 Acerca de ese margen de fase: ¿Describe el cambio de fase que tiene lugar en la retroalimentación negativa? ¿Qué significa que ese margen de fase sea de 90 grados para un amplificador o tal vez de 180 grados de margen de fase? O tal vez 0 grados.

analogsystemsrf

La mentalidad de polo dominante, aplicada a ciegas, luego un gran Cload agregado, simplemente proporciona un oscilador enojado cuando el Zout inductivo interactúa con la reactancia capacitiva.

G36

@Keno Sobre el margen de fase electronics.stackexchange.com/questions/107228/… aquí microchipdeveloper.com/asp0107:phase-gain-margin y aquí allaboutcircuits.com/technical-articles/…

G36

O esto educypedia.karadimov.info/library/acqt0131.pdf y physicsforums.com/threads/…

Keno

@G36 ¿El margen de fase es el cambio de fase de retroalimentación negativa a retroalimentación positiva?

G36

Para que el circuito con el circuito de retroalimentación sea inestable, debe cumplir dos condiciones, la condición de "ganancia" y la condición de "fase". Mira aquí wps.prenhall.com/chet_paynter_introduct_6/… y trata de pensarlo un rato. Las figuras 18-1 y 18-2 son la clave. También tenga en cuenta que en estas figuras el triángulo Av representa el amplificador inversor ideal. Y como saben, el amplificador inversor proporciona un cambio de fase de 180 grados.

G36

Y ahora, si agregamos una red de retroalimentación que introduce otro cambio de voltaje de 180 °, obtendremos un circuito inestable si la ganancia Av multiplicada por la ganancia de la red de retroalimentación es mayor que 1.

Keno

@G36 Si la ganancia de retroalimentación Av x es mayor que 1 en un cambio adicional de 180 grados, entonces el sistema se vuelve inestable. Si la ganancia de retroalimentación Av x es igual a 1 en un cambio adicional de 180 grados, el sistema permanece sin cambios. Pero si la ganancia de retroalimentación Av x es menor que 1 en un cambio adicional de 180 grados, ¿la señal de salida oscila lentamente y no causa inestabilidad en el sistema?

G36

Para Av x ganancia de retroalimentación < 1, el circuito es estable porque la amplitud de oscilación se extingue continuamente (decae a cero después de algún tiempo). Y para Av x ganancia de retroalimentación = 1, el circuito es inestable.

Keno

@G36 Genial, ¡ya lo entiendo más! Una cosa más: con la compensación de polo dominado, cuando observa el gráfico de ganancia frente a frecuencia, el rango en el que la curva disminuye en aproximadamente -3 dB/octava; Digamos que el rango está en la región de la frecuencia de audio. ¿Significa eso que si hubiera un sistema de audio con este tipo de curva, cuando conectaría el altavoz, aumentaría la frecuencia operativa (la frecuencia que desea amplificar) , el sonido eventualmente "se extinguiría" ya que esa curva no es plana como debería ser en la región de operación de audio?

G36

La pendiente es -6dB por octava (20dB/dec) pero ¿sabes por qué? Pero para responder a su pregunta, primero debe distinguir entre la respuesta de bucle abierto (sin retroalimentación) y la respuesta de bucle cerrado (con el bucle de retroalimentación). Si por ejemplo, su amplificador de audio tiene Aol = 120dB = 1 000 000 V/V (ganancia de lazo abierto, sin retroalimentación) y el polo dominado está a 10 Hz, pero usamos una red de retroalimentación y "configuramos" la ganancia del amplificador a 10 V/ V (ganancia de bucle cerrado de Acl) la ganancia del amplificador comenzará a "desaparecer" a una frecuencia igual a 1 MHz i.stack.imgur.com/VOhpn.jpg ¿sabe usted? Producto de ganancia-ancho de banda

G36

i.stack.imgur.com/Jq57T.png

Keno

@G36 Ah, sí, ahora lo entiendo. Básicamente, si tiene una ganancia de bucle abierto de 120 dB y usa compensación de polo dominante en su circuito, donde mueve el primer polo (dominante), digamos 10 Hz, entonces puede cambiar algo de ganancia (cuando cierra el bucle) para ese ancho de banda adicional (y puede tener fácilmente una curva plana en la región de audio para compensar parte de esa ganancia), ¿verdad?

Keno

@ G36 Y también teniendo en cuenta ese parámetro de margen de fase, donde determina si su sistema será estable si aparece alguna señal de alta frecuencia dentro de la señal básica; si el cambio de fase es menor a 180 grados en ganancia unitaria, entonces el sistema es estable (hasta cierto punto). Y si quiero que mi amplificador sea aún más estable, aumentaría la parte del margen de fase para lograrlo.

Keno

@ G36 Ya aprendí que el margen de fase de 90 grados es el punto donde el sistema es más estable. Pero podría aumentar el margen de fase sobre ese cambio de fase de 90 grados, digamos que es 135; y ¿qué pasaría si esto es realmente posible?

david tweed

@G36: ¿Puede escribir todo esto como respuesta? Es un poco inconveniente tenerlo solo en comentarios, especialmente con imágenes.

Keno

@ G36 Debería verificar la respuesta que hice a mi propia pregunta.

Respuestas (5)

Comprensión de la compensación de polo dominante

No entiendo por qué el segundo polo debería moverse más alto en frecuencia. Puedo entender que el capacitor agregado se haga cargo del primer polo original, pero ¿por qué el segundo polo debería moverse en el espectro? ¿Qué tal un enlace al artículo wiki?
La compensación de polo dominante es el tipo más simple de compensación. Y la desventaja de este método, como ya notó, es el límite del ancho de banda del amplificador (ancho de banda de bucle abierto). Pero podemos vivir con este defecto siempre que podamos hacer que la ganancia de bucle abierto en CC sea lo más alta posible. Entonces, el ancho de banda de bucle cerrado puede ser mucho mayor que la frecuencia del polo dominante. Y tenemos 90 grados de margen de fase que es muy bueno. wps.prenhall.com/chet_paynter_introduct_6/…
El segundo polo de @Andyaka debería moverse hacia arriba en frecuencia; eso está relacionado de alguna manera con el margen de fase que ocupa el lugar de la retroalimentación negativa. Y desea mover el segundo polo hacia arriba en frecuencia para que la ganancia del amplificador sea igual a la unidad antes de que pueda tener lugar un cambio de fase de 180 grados. Así es como lo describe mi libro (y otros artículos buscados en Google). Pero no me queda claro por qué ese cambio de fase es realmente importante aquí.
@G36 Acerca de ese margen de fase: ¿Describe el cambio de fase que tiene lugar en la retroalimentación negativa? ¿Qué significa que ese margen de fase sea de 90 grados para un amplificador o tal vez de 180 grados de margen de fase? O tal vez 0 grados.
La mentalidad de polo dominante, aplicada a ciegas, luego un gran Cload agregado, simplemente proporciona un oscilador enojado cuando el Zout inductivo interactúa con la reactancia capacitiva.
@Keno Sobre el margen de fase electronics.stackexchange.com/questions/107228/… aquí microchipdeveloper.com/asp0107:phase-gain-margin y aquí allaboutcircuits.com/technical-articles/…
O esto educypedia.karadimov.info/library/acqt0131.pdf y physicsforums.com/threads/…
@G36 ¿El margen de fase es el cambio de fase de retroalimentación negativa a retroalimentación positiva?
Para que el circuito con el circuito de retroalimentación sea inestable, debe cumplir dos condiciones, la condición de "ganancia" y la condición de "fase". Mira aquí wps.prenhall.com/chet_paynter_introduct_6/… y trata de pensarlo un rato. Las figuras 18-1 y 18-2 son la clave. También tenga en cuenta que en estas figuras el triángulo Av representa el amplificador inversor ideal. Y como saben, el amplificador inversor proporciona un cambio de fase de 180 grados.
Y ahora, si agregamos una red de retroalimentación que introduce otro cambio de voltaje de 180 °, obtendremos un circuito inestable si la ganancia Av multiplicada por la ganancia de la red de retroalimentación es mayor que 1.
@G36 Si la ganancia de retroalimentación Av x es mayor que 1 en un cambio adicional de 180 grados, entonces el sistema se vuelve inestable. Si la ganancia de retroalimentación Av x es igual a 1 en un cambio adicional de 180 grados, el sistema permanece sin cambios. Pero si la ganancia de retroalimentación Av x es menor que 1 en un cambio adicional de 180 grados, ¿la señal de salida oscila lentamente y no causa inestabilidad en el sistema?
Para Av x ganancia de retroalimentación < 1, el circuito es estable porque la amplitud de oscilación se extingue continuamente (decae a cero después de algún tiempo). Y para Av x ganancia de retroalimentación = 1, el circuito es inestable.
@G36 Genial, ¡ya lo entiendo más! Una cosa más: con la compensación de polo dominado, cuando observa el gráfico de ganancia frente a frecuencia, el rango en el que la curva disminuye en aproximadamente -3 dB/octava; Digamos que el rango está en la región de la frecuencia de audio. ¿Significa eso que si hubiera un sistema de audio con este tipo de curva, cuando conectaría el altavoz, aumentaría la frecuencia operativa (la frecuencia que desea amplificar) , el sonido eventualmente "se extinguiría" ya que esa curva no es plana como debería ser en la región de operación de audio?
La pendiente es -6dB por octava (20dB/dec) pero ¿sabes por qué? Pero para responder a su pregunta, primero debe distinguir entre la respuesta de bucle abierto (sin retroalimentación) y la respuesta de bucle cerrado (con el bucle de retroalimentación). Si por ejemplo, su amplificador de audio tiene Aol = 120dB = 1 000 000 V/V (ganancia de lazo abierto, sin retroalimentación) y el polo dominado está a 10 Hz, pero usamos una red de retroalimentación y "configuramos" la ganancia del amplificador a 10 V/ V (ganancia de bucle cerrado de Acl) la ganancia del amplificador comenzará a "desaparecer" a una frecuencia igual a 1 MHz i.stack.imgur.com/VOhpn.jpg ¿sabe usted? Producto de ganancia-ancho de banda
@G36 Ah, sí, ahora lo entiendo. Básicamente, si tiene una ganancia de bucle abierto de 120 dB y usa compensación de polo dominante en su circuito, donde mueve el primer polo (dominante), digamos 10 Hz, entonces puede cambiar algo de ganancia (cuando cierra el bucle) para ese ancho de banda adicional (y puede tener fácilmente una curva plana en la región de audio para compensar parte de esa ganancia), ¿verdad?
@ G36 Y también teniendo en cuenta ese parámetro de margen de fase, donde determina si su sistema será estable si aparece alguna señal de alta frecuencia dentro de la señal básica; si el cambio de fase es menor a 180 grados en ganancia unitaria, entonces el sistema es estable (hasta cierto punto). Y si quiero que mi amplificador sea aún más estable, aumentaría la parte del margen de fase para lograrlo.
@ G36 Ya aprendí que el margen de fase de 90 grados es el punto donde el sistema es más estable. Pero podría aumentar el margen de fase sobre ese cambio de fase de 90 grados, digamos que es 135; y ¿qué pasaría si esto es realmente posible?
@G36: ¿Puede escribir todo esto como respuesta? Es un poco inconveniente tenerlo solo en comentarios, especialmente con imágenes.
@ G36 Debería verificar la respuesta que hice a mi propia pregunta.

G36 · Answer 1

Agrego algunos comentarios sobre el cambio de fase.

El espectáculo de cambio de fase aquí

es el cambio de fase entre la entrada y la terminal de salida de un amplificador sin ningún tipo de retroalimentación.

A continuación, lo que debe hacer es preguntarse qué significa realmente -180°.
Significa que el voltaje en la salida está invertido (180° desfasado).

Y ahora, si agregamos una red de retroalimentación y retroalimentamos esta señal a la entrada inversora, recibiremos un amplificador de retroalimentación positiva (el voltaje de salida comenzará a aumentar).

Este cambio de fase no deseado dentro del amplificador es causado por un componente parásito (condensador o inductor). Estos dos componentes proporcionan inercia en el circuito porque el campo eléctrico y el campo magnético no pueden cambiar instantáneamente, se necesita tiempo. Y es por eso que tenemos un cambio de fase en el amplificador.

Y aquí puedes ver cómo el "número" de "polos" afecta el cambio de fase

Aquí puede ver cómo el margen de fase afecta la respuesta de paso

Como puede ver, el margen de fase y la "velocidad del circuito" están inversamente relacionados.

EDITAR

El sistema de circuito cerrado más simple se verá así

Dónde:

$A$ es ganancia de bucle abierto (ganancia directa)

$\beta$ factor de retroalimentación (ganancia de la red de retroalimentación)

En este caso $\beta = \frac{V_C}{V_D} = \frac{R_Y}{R_X+R_Y}$

En base a esto, podemos escribir esta ecuación porque queremos encontrar la ganancia de bucle cerrado

$A_{CL} = \frac{V_{OUT}}{V_{IN}} = \frac{V_D}{V_A}$

Entonces tenemos

$V_D = V_B \cdot A$ (1)

$V_B = V_A – V_C$ (2)

$V_C = V_D \cdot β$ (3)

Y ahora podemos calcular la ganancia de bucle cerrado, sustituir 1 a 2

$V_D = (V_A – V_C) \cdot A = V_A \textrm{A} - V_C \textrm{A}$ (4)

Ahora tomamos 3 (VC = VD*β) y lo reemplazamos por 4

$V_D =V_A \textrm{A} - V_C \textrm{A}= V_A\textrm{A} - V_D β \:\textrm{A}$

$V_D + V_D \cdot β \cdot A = A \cdot V_A$

$V_D (1 + Aβ) = A\cdot V_A$

Y finalmente

A_{C L} = \frac{V_{O tu T}}{V_{I norte}} = \frac{V_{D}}{V_{A}} = \frac{A}{1 + A β}

$A_{CL} = \frac{V_{OUT}}{V_{IN}} = \frac{V_D}{V_A} = \frac{A}{1 + Aβ}$

Esta es una ecuación muy importante. Si dividimos esto por A obtenemos:

A_{C L} = \frac{1}{(1 / A) + β}

$A_{CL} = \frac{1}{(1/A) + \beta}$

Podemos ver que la ganancia de lazo cerrado es igual a

$\Large \frac{1}{\beta} = 1 +\frac{R_X}{R_Y}$ ¿Reconoces esta ecuación?

Si la ganancia en lazo abierto $A$ es muy grande (idealmente $A = \infty$ ) acercándose al infinito.

Pero volvamos a esta forma

A_{C L} = \frac{A}{1 + A β}

$A_{CL} =\frac{A}{1 + Aβ}$

Esta ecuación es cierta para los circuitos de retroalimentación negativa.

Y veamos qué pasará si $A\beta = 1$ (con alguna frecuencia)

A_{C L} = \frac{A}{1 + A β} = \frac{1}{1 + 1} = 0.5

$A_{CL} =\frac{A}{1 + Aβ} = \frac{1}{1 + 1} = 0.5$

Para circuito de retroalimentación negativa.

Pero veamos qué sucederá si agregamos un retraso igual a un cambio de fase de 180 grados en alguna frecuencia. Los 180 grados simplemente invierten el signo de una onda sinusoidal.

Por lo tanto, lo que era retroalimentación negativa se convirtió en retroalimentación positiva.

Por lo tanto $Aβ$ convertirse $-1$

y denominador de $A/(1+Aβ)$ cambia de suma a diferencia .

Entonces la ganancia de lazo cerrado es $A_{CL} =\frac{A}{1 - Aβ}$ (retroalimentación positiva).

Y de nuevo si en alguna frecuencia tenemos $A\beta = 1$

La ganancia de bucle cerrado se convierte en

A_{C L} = \frac{A}{1 - A β} = \frac{1}{1 - 1} = \frac{1}{0}

$A_{CL} =\frac{A}{1 - Aβ} = \frac{1}{ 1 - 1 } = \frac{1}{0}$

Guau, acabamos de crear un amplificador con ganancia infinita aunque la ganancia A de bucle abierto no sea infinita. Esto significa que podemos tener una salida con cero voltios en la entrada.

En el mundo real, el amplificador (con retroalimentación negativa) oscilará a la frecuencia donde se encuentran estas dos contriciones.

La magnitud de una ganancia de bucle $A\beta(j\omega) = 1\$ (0dB) y el cambio de fase adicional alcanza un valor de -180 grados.

<------------------------------------------------- ---->

Además, noté que tiene problemas para reconocer el tipo de retroalimentación en los circuitos del amplificador.

La retroalimentación negativa frente a la retroalimentación positiva en "DC".

1 - Cualquier aumento en el voltaje en el punto X hará que el voltaje en el punto Z también aumente. Entonces, si conectamos estos dos puntos ( X y Z ), tendremos una retroalimentación positiva en el circuito.

En este caso (DC) la retroalimentación positiva no significa automáticamente osculaciones. En lugar de una oscilación, el circuito puede trabarse en el riel positivo o negativo.

2 - Esta vez cualquier subida de tensión en el punto A corresponde a la caída de tensión en el punto D. Entonces, si conectamos estos dos puntos ( A con D ), terminaremos con un circuito de retroalimentación negativa .

Pruébalo tú mismo.

Como tarea, intente reconocer el tipo de retroalimentación en estos dos circuitos.

el primer circuito

y el segundo circuito

La resistencia de realimentación es $R_{FB}$

En la respuesta del escalón: aquí los términos "timbre" y "sobrepaso" se refieren a estas curvas, ¿verdad? Si tiene un margen de fase de 90°, entonces su sistema es realmente estable pero el tiempo de respuesta de la señal de salida es más lento, ¿verdad? ¿Y viceversa para valores de margen de fase más bajos?
@Keno Sí, exactamente. Además, quiero señalar que hay un punto de vista "alternativo" sobre este "cambio de fase". Cuando seguimos la "ganancia de bucle", estamos comenzando desde la entrada inversora (entrada de retroalimentación negativa) que agrega un cambio de fase de 180 grados. Debido a la inversión de fase en la entrada inversora. Entonces, el resto de un circuito (opamp + red de retroalimentación) debería dar menos de 180 grados si queremos un amplificador estable (sin oscilaciones). Porque el amplificador se vuelve inestable si el cambio de fase total es mayor o igual a 360 grados.
Entonces, ¿está diciendo que la retroalimentación negativa debe alimentarse para invertir la entrada de opamp?
La retroalimentación negativa (en el contexto de opamps) es cuando alimenta la salida a la entrada inversora, sí
@ G36 ¿Desea tomar la entrada del amplificador en la entrada no inversora y alimentar la retroalimentación negativa a la entrada inversora del opamp? ¿Cuál es el punto de esto? Si conecta estos dos viceversa, todavía tiene un cambio de fase de 360 ° entre la entrada y la salida del amplificador.
@G36 Mire esta imagen aquí imgur.com/iWedBzo . Una vez que la retroalimentación negativa se retroalimenta a la entrada (-) del opamp, mientras que la otra vez la retroalimentación negativa se retroalimenta a la entrada (+) del opamp. Ambos normalmente deberían amplificar la señal, ¿verdad?
No, estás equivocado. En el circuito A tenemos una retroalimentación negativa, por lo que el circuito se comportará como un amplificador no inversor con una ganancia igual a Av = (1+R1/R2). Por otro lado, en el circuito B, tenemos un circuito de retroalimentación positiva (un disparador Schmitt) en este caso. Intente leer esto (publicación 9) con mucho cuidado forum.allaboutcircuits.com/threads/… especialmente después de "La explicación más precisa:"
@Keno ¿No ha olvidado ya que cualquier aumento de voltaje en la entrada (+) corresponderá a un aumento en el voltaje de salida? Y ahora retroalimenta este "aumento" a través de la resistencia R1 nuevamente en la entrada (+). Entonces, el voltaje en la entrada (+) aumentará aún más. Por lo tanto, la salida conducirá hasta su límite de saturación positivo (voltaje de suministro positivo). ¿Dónde ves un comentario negativo aquí?
@G36 En el primer circuito, depende de las señales en la salida: obtiene resultados diferentes si la señal en la entrada A no está en fase con la señal en la entrada B.

Tony Estuardo EE75 · Answer 2

La estabilidad de un amplificador de retroalimentación negativa se mide por el margen de oscilación debido a la retroalimentación positiva. El criterio de estabilidad de Barkhausen se mide en ganancia unitaria con el bucle cerrado.

La cantidad de timbre en una onda cuadrada está determinada por la cantidad de margen de fase.

Cada orden de pendiente -1 agregará un retraso de 90 grados, por lo que extender la ganancia plana de bucle abierto a expensas de agregar un cambio de fase en el bucle cerrado con ganancia unitaria reduce el margen de fase.

Por lo tanto, el objetivo del margen de fase de ganancia unitaria es >60 grados. siendo 90 grados el máximo ideal, siendo 30 grados o menos una respuesta escalonada muy subamortiguada y 0 grados siendo un oscilador.

Por lo tanto, los amplificadores operacionales estables de ganancia unitaria tienen compensación a una frecuencia muy baja, de modo que en la ganancia unitaria a f máx. (del producto GBW), es estable.

Mientras tanto, los comparadores y amplificadores de video destinados a alta ganancia no tienen esta compensación y no son estables en ganancia unitaria con retroalimentación negativa.

¿Debido a comentarios positivos? ¿Cuándo ocurre? ¿En el primer roll-off de la curva de ganancia vs. frecuencia? Pero la retroalimentación positiva hace que un amplificador oscile, ¿no es así?
En su ejemplo, ocurre donde la ganancia se reduce por debajo de la línea de puntos sin el compensador interno ... es decir. donde se convierte en algo más que una pendiente de primer orden con retroalimentación negativa.
¿Se puede aumentar el margen de fase en un cambio de fase de 90 °?
no en realidad sin reducir el margen de ganancia. Si tú lo piensas. ¿Cómo se reducirá la ganancia de bucle abierto a la unidad con el aumento de f, si no es por un efecto de filtro de paso bajo (Miller)? Por lo tanto, la fase se desplazará 90 ° como mínimo. Entonces >= 60° es ideal. ridleyengineering.com/hardware/ap300-analyzer/ap300-application/…

usuario173271 · Answer 3

En general, a medida que aumenta la frecuencia de la señal de un amplificador, aumentará el desfase alrededor del bucle y, debido a los polos naturales del amplificador, la ganancia alrededor del bucle disminuirá.

Para que el amplificador sea estable, la ganancia alrededor del bucle (Beta * Aol = fracción de retroalimentación * ganancia de bucle abierto) debe bajar por debajo de la unidad antes de que la fase del bucle alcance los 180 grados. Para que esto suceda, se agrega un capacitor de compensación al amplificador. Esto se denomina compensación de polo dominante y el tamaño del condensador se elige para reducir la ganancia de bucle abierto (ganancia directa) para garantizar que la ganancia de bucle se reduzca a la unidad antes de que el retraso de fase del bucle alcance los 180 grados. La ganancia de bucle superior a la unidad con un retraso de fase de bucle de 180 grados crea una retroalimentación positiva y, por lo tanto, un amplificador inestable.

En la práctica, para garantizar que el amplificador sea lo suficientemente estable, el condensador de compensación se elige para reducir la ganancia del bucle hasta la unidad mucho antes de que la fase del bucle alcance los 180 grados. El número de grados entre la fase en la ganancia de bucle unitaria y 180 grados se denomina margen de fase y un valor típico sería 45 grados. La fase de bucle de 180 grados con ganancia de bucle unitaria crea lo que se conoce como un amplificador marginalmente estable.

El inconveniente de la compensación del polo dominante es que, como notó, reduce el ancho de banda del amplificador. Entonces, mientras que la compensación del polo dominante le da estabilidad, pierde la ganancia de bucle abierto y, por lo tanto, reduce el ancho de banda.

Como mencioné anteriormente, es la ganancia del bucle y la fase del bucle las que determinan la estabilidad (margen de fase).

Ganancia de bucle = ganancia de bucle abierto * fracción de retroalimentación = Beta * Aol

donde Beta = R1/(R1+R2)

y ganancia de lazo abierto = (voltaje de salida pk a pk) / (voltaje pk a pk entre las entradas)

Entonces, si reducimos beta (operamos con una ganancia de bucle cerrado más alta), entonces podemos reducir el tamaño del condensador de compensación, disminuyendo la gravedad de la compensación del polo dominante, aumentando así la ganancia de bucle abierto, lo que resulta en un mayor ancho de banda.

Hay una familia de amplificadores operacionales denominados amplificadores operacionales descompensados que utilizan esta técnica. Se garantiza que serán estables hasta un valor mínimo de ganancia de bucle cerrado (5 sería un ejemplo). Por lo tanto, tener un ancho de banda extendido. Este grupo de amplificadores operacionales sería inestable si se usa con una ganancia de bucle cerrado inferior al mínimo especificado en la hoja de datos.

Los amplificadores operacionales también vienen como una variedad no compensada. Con estos, el ingeniero de diseño elige el tamaño del capacitor de compensación para que se adapte a la ganancia de bucle cerrado para la que se configurará el amplificador. Maximizando así el ancho de banda. Cuanto mayor sea la ganancia de bucle cerrado (menor beta), más pequeño puede ser el condensador de compensación, lo que proporciona una mayor ganancia de bucle abierto y un mayor ancho de banda.

Los amplificadores operacionales con compensación de ganancia unitaria tienen un ancho de banda más bajo.

Vale la pena mencionar también que aumentar demasiado el margen de fase al aumentar la compensación reducirá la ganancia del bucle en cada frecuencia. Esto aumentará la distorsión y reducirá otras características de rendimiento del amplificador porque reducir demasiado la ganancia del bucle reduce la retroalimentación negativa. Por lo tanto, también es un compromiso entre la estabilidad y las características de rendimiento del amplificador, como la distorsión. Esta es la razón por la cual los amplificadores no están diseñados para márgenes de fase muy grandes y, por lo general, 45 grados serían suficientes.

Neil_ES · Answer 4

Si desea el máximo ancho de banda posible de un amplificador, entonces la compensación del polo dominante no se lo dará.

Sin embargo, la compensación de polo dominante es una forma muy simple y fácil de especificar de llegar a un amplificador que es (casi) a prueba de bombas. Reduce la ganancia a menos de la unidad, mientras mantiene el cambio de fase alrededor de 90 grados. Es bastante difícil hacer que oscile accidentalmente. Es muy tolerante con el cambio de ganancia.

Si quiere luchar y estabilizar la curva original hacia la derecha, hágalo. Es posible, pero debe comprender los criterios de estabilidad, agregar varios bits de plomo (avanzar el cambio de fase) y tener un sistema con ganancia constante. Por lo general, la compensación de cualquier respuesta dada que es eliminada por múltiples polos es sensible a la ganancia. Ahora, desafortunadamente, la ganancia efectiva cae cuando un sistema golpea los rieles, por lo que no es inusual tener un sistema que sea estable a una amplitud pequeña y que pueda seguir oscilando de riel a riel. Su sistema debe tener algún medio para prevenir esto o volver a la estabilidad cuando suceda.

Keno · Answer 5

Como sugirió el moderador, responderé mi propia pregunta, reuniendo todos los comentarios y respuestas en un resumen. Si dije algo falso aquí, por favor corrígeme.

El punto de mover el primer polo (dominante) a frecuencias más bajas es mover el segundo polo en el punto de operación, donde la ganancia del amplificador ya es menor que la unidad. Esto significa que si se genera alguna señal de alta frecuencia (más alta que la frecuencia del segundo polo) dentro de la señal básica, eventualmente se desvanece, porque a esa frecuencia el amplificador en realidad atenúa la señal en lugar de amplificarla. Así es como se logra la estabilidad del amplificador.
Al mover el polo dominante a frecuencias más bajas, el producto GBW de bucle abierto disminuyó, lo que también significa que el área donde la función es plana (donde la ganancia es constante) se acortó (refiriéndose al gráfico superior). ¿Cómo logramos una parte plana más larga de la función, donde la ganancia del amplificador es constante? Con la adición de comentarios negativos a la misma. Con la red NFB, determinamos la porción de esa amplitud de señal de bucle abierto que se retroalimenta a la etapa diferencial, donde se restan dos señales. Lo que queda de esa ganancia de bucle abierto pasa a las siguientes etapas (si las hay).
Por cada polo agregado, obtenemos el cambio de fase de 90°, en total 180° para dos polos. El margen de fase se define como la diferencia de dos cambios de fase: desde 180° (el punto de caída de la segunda ganancia/2do polo) hasta el punto donde la función GBW cruza la ganancia unitaria de 0 dB (refiriéndose al gráfico inferior). Cuanto mayor sea el margen de fase, más estable será nuestro sistema de amplificación, en caso de que se produzcan oscilaciones en su interior. Hasta donde yo sé, el margen de fase de 90° es el valor más óptimo para la estabilidad del sistema que estamos diseñando.

Fuentes referentes a este tema:

https://en.wikipedia.org/wiki/Miller_effect#Effects

https://en.wikipedia.org/wiki/Pole_splitting

https://en.wikipedia.org/wiki/Gain–bandwidth_product

https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/negative-feedback-part-5-gain-margin-and-phase-margin/

http://microchipdeveloper.com/asp0107:margen de ganancia de fase

Ancho de banda del polo dominante del amplificador operacional

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Comprensión de la compensación de polo dominante

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