¿Qué implica el parámetro de "margen de fase" de un opamp?

Estaba leyendo la hoja de datos de MCP6072 . Vi un parámetro llamado "margen de fase" (tabla 1-2, página 4). Hasta donde yo sé, "margen de fase" es un término de ingeniería de control e implica la diferencia de fase entre la entrada y la salida cuando la ganancia es la unidad. No entiendo el significado de este término en la terminología opamp. Se da que el margen de fase típico de este opamp es 57 o . Eso que significa?

Respuestas (4)

El margen de fase PM es una medida de la estabilidad de un sistema con realimentación. Y, por tanto, también se aplica a los amplificadores operacionales. El PM se define para la GANANCIA DEL LAZO del sistema, lo que significa: abrir el lazo en un nodo adecuado y medir/simular la ganancia y la fase alrededor del lazo completo. Entonces, el PM es la DIFERENCIA entre la fase medida y -360 grados (eso significa: La "distancia" a la condición de oscilación, retroalimentación positiva) a la frecuencia que da ganancia de bucle unitario. Sin tener en cuenta la inversión de fase en la entrada inversora, el PM es la "distancia" a -180 grados.

Ahora, para un amplificador operacional, surge la situación más crítica para una retroalimentación del 100% (operación de ganancia unitaria). En este caso, el factor de retroalimentación es la unidad y la ganancia de bucle es idéntica a la ganancia de bucle abierto Ao del opamp. Normalmente, solo esta condición se usa para especificar el PM en la hoja de datos del opamp.

Resumen: El PM dado para un amplificador operacional es la DIFERENCIA entre el cambio de fase del amplificador operacional y -180 grados en la frecuencia de ganancia unitaria.

Un amplificador operacional es un "sistema de control" y el margen de fase se define como la diferencia de -180 grados de la fase de la función de transferencia de bucle abierto cuando la magnitud es la unidad. Esto le permite predecir la estabilidad y la respuesta del sistema cuando cierra el ciclo con una determinada cantidad de retroalimentación.

Un amplificador operacional generalmente se compensa con un polo dominante, por lo que la función de transferencia es aproximadamente Ao/(1+s/wo), donde wo es la frecuencia del polo dominante y Ao es la ganancia de CC. Esto implica un margen de fase de 90 grados. En la práctica, el Ft de los transistores provoca un cambio de fase adicional y el polo dominante se establece de modo que el cruce de 0dB se produzca con un margen de fase razonable.

@VladimirCravero LvW tiene razón, no es la red de retroalimentación, es toda la función de transferencia de bucle abierto. En una hoja de datos, no pueden saber qué va a envolver alrededor de un amplificador operacional, por lo que especifican el margen de fase de la función de transferencia de bucle abierto del propio amplificador. Haga un búfer de ganancia unitaria y sabrá el margen de fase. La retroalimentación resistiva pura para dar más ganancia será más estable que eso, es decir, el número de la hoja de datos es el peor de los casos en la operación "normal". (Aunque hay muchas situaciones como cargas capacitivas que pueden causar problemas).
La función de transferencia OL de un opamp caracterizado por un polo dominante tiene un margen de fase de prácticamente 90°. Tiene su polo a unos pocos Hz, cruce los 0db a unos 100kHz para que la fase sea de 90 ° para todos los propósitos prácticos. Si cierras el ciclo en su lugar, y β = 1 , entonces el polo se desplaza muy cerca de la frecuencia de ganancia unitaria y el margen de fase disminuye.
@VladimirCravero No estoy de acuerdo, si cruzan la unidad en un margen de fase de 90 grados (por la colocación del polo dominante) están renunciando al ancho de banda. Por lo general, cruzarían la unidad en un margen de fase algo más bajo pero aún aceptable, como 60 grados. Luego, con un factor de retroalimentación de la unidad, el margen de fase del sistema ES el margen de fase de la característica de bucle abierto del amplificador operacional, y el ancho de banda (polo de bucle cerrado) se mueve hacia el cruce de bucle abierto.
@JohnD No puedo creer que estemos discutiendo esto, creo que estamos diciendo lo mismo de dos maneras diferentes. ¿Cómo puede un polo que está 4 o 5 décadas antes de la frecuencia de ganancia unitaria afectar su fase? sería algo así como arctan (10 ^ 4) que es algo así como 99.99% de 90 ° ... ¿Quizás estás insinuando que hay otros polos después de la frecuencia de ganancia unitaria?
@VladimirCravero Sí, lo tiene: hay toneladas de polos a alta frecuencia debido al Ft de todos los transistores que componen el amplificador operacional. Estos causan mucho cambio de fase en frecuencias más altas, y los diseñadores de amplificadores operacionales colocan el polo dominante en un lugar tal para maximizar el ancho de banda de modo que los polos de alta frecuencia solo contribuyan con un retraso de fase moderado. Entonces, el margen de fase resultante no es de 90 grados, sino algo menos.
@JohnD ahora no puedo estar en desacuerdo ... Finalmente: D
el margen de fase se mide a partir de la ganancia de bucle, no de la ganancia de bucle abierto. tiene que incluir la red de retroalimentación
@endolith depende de lo que quiera decir con ganancia de bucle abierto. Si define la ganancia de bucle abierto para incluir el "factor de retroalimentación", entonces la definición del margen de fase está bien. Si considera solo la ganancia de bucle abierto del amplificador operacional, entonces el margen de fase de mirar la ganancia/fase solo es válido en la ganancia unitaria. (Factor de retroalimentación=1)
Bueno, "ganancia de bucle abierto" = A se define sin el factor de realimentación, mientras que "ganancia de bucle" = − A ⋅ β lo incluye cc.ee.ntu.edu.tw/~lhlu/eecourses/Electronics2/… Sí, si β = 1 Ellos son iguales.
Creo que técnicamente tiene razón para un amplificador operacional, aunque con los sistemas de control de retroalimentación generales escucho (y uso) el término "ganancia de bucle abierto" para todo el sistema, incluida la retroalimentación, y los diagramas de Bode para el análisis de estabilidad generalmente se titulan " ganancia y fase en lazo abierto". Un amplificador operacional tiene una "ganancia de bucle abierto" más definida en la hoja de datos, por lo que tal vez el término "ganancia de bucle" sea más apropiado para ese caso. ¡Gracias!

El margen de fase es la cantidad de margen de cambio de fase en ganancia unitaria que podría causar inestabilidad u oscilación.

90 grados es el ideal teórico, 0 es NG, 45 grados tendrán algo de exceso, 60 grados es una solución práctica. El margen de fase muestra el equilibrio entre el tiempo de subida y el rebasamiento.

Los amplificadores operacionales se usan con retroalimentación, esto hace posible que oscilen, ¡lo cual es malo a menos que estés diseñando un oscilador!

El margen de fase básicamente establece qué tan estable es el amplificador operacional, es decir, la distancia del ángulo de fase desde el punto de oscilación, en el peor de los casos de configuración de ganancia unitaria.

La adición de capacitancia de entrada y salida perdida, pero especialmente la capacitancia de carga, puede causar un cambio de fase que reduce el margen de estabilidad.

Por lo general, se agrega una pequeña resistencia a la salida para compensar una carga capacitiva "grande", pero esto, por supuesto, reduce la ganancia efectiva. La capacitancia de entrada suele ser un problema menor, pero también se puede compensar.

Muchos amplificadores operacionales están compensados ​​internamente para las condiciones de uso típicas, pero no todos lo están.

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