Como se menciona en las hojas de datos opamp, como esta . Creo que la estabilidad es un problema con mayores ganancias, debido a la oscilación. ¿Cuáles son los problemas con la ganancia unitaria?
La estabilidad no solo depende de la ganancia, sino también de la fase. Si un amplificador inversor tiene un cambio de fase de 180°, el cambio de fase total es de 360° y se cumple uno de los criterios de Barkhausen para la oscilación.
Los amplificadores difieren en su capacidad para ser estables incluso si el circuito externo es óptimo. Para evaluar el potencial de estabilidad para un tipo de amplificador en particular, se requieren datos gráficos para "ganancia frente a frecuencia" y "fase frente a frecuencia" del amplificador de bucle abierto. Si la respuesta de fase muestra !180E a una frecuencia donde la ganancia está por encima de la unidad, la retroalimentación negativa se convertirá en retroalimentación positiva y el amplificador realmente mantendrá una oscilación. Incluso si el retraso de fase es inferior a !180E y no hay oscilación sostenida, habrá un sobreimpulso y la posibilidad de ráfagas de oscilación provocadas por fuentes de ruido externas, si la respuesta de fase no es "suficientemente inferior" a -180° para todas las frecuencias. donde la ganancia es superior a la unidad. El "suficientemente menos". Si la respuesta de fase es -135°, entonces el margen de fase es 45° (la cantidad "menor que" -180°). En realidad, el margen de fase de interés para evaluar el potencial de estabilidad también debe incluir la respuesta de fase del circuito de retroalimentación . Cuando este margen de fase combinado es de 45° o más, el amplificador es bastante estable. El número de 45° es un valor de "regla general" y un mayor margen de fase producirá una estabilidad aún mejor y menos sobreimpulso.
A menudo, pero no siempre, el margen de fase más bajo se encuentra en la frecuencia más alta que tiene una ganancia por encima de la unidad; porque siempre hay algún retraso independiente de la frecuencia que representa más grados a frecuencias más altas. Se dice que un amplificador con un margen de fase de 45E a la frecuencia más alta de ganancia unitaria de bucle abierto es "estable de ganancia unitaria". Opcionalmente, la mayoría de los tipos de amplificadores se pueden compensar por la estabilidad de la ganancia unitaria con cierto sacrificio en la velocidad de respuesta o el ruido de alta frecuencia. Si se considera que la estabilidad es de alta prioridad, se debe hacer la compensación. Ganancia unitaria estable significa operación estable en la ganancia de bucle cerrado más baja donde la estabilidad suele ser peor.
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Lectura adicional
¿Por qué Unity Feedback es más difícil para la estabilidad?
La ganancia unitaria se logra aplicando una retroalimentación del 100 % a un amplificador de alta ganancia. Habrá un cambio de fase entre la entrada y la salida y se producirá una oscilación cuando el cambio de fase sea igual o superior a 180 grados en cualquier frecuencia en la que la ganancia de bucle abierto sea mayor que la unidad (en realidad siempre en la práctica en un rango de frecuencias).
La situación de retroalimentación alta de ganancia unitaria es la más difícil para evitar que alguna frecuencia (generalmente en la parte superior del rango de respuesta) tenga un cambio de fase de 180 grados.
En la práctica, "un poco menos de 180 grados" no es suficiente, ya que los amplificadores que se acercan a la oscilación "sonarán" y producirán una respuesta transitoria indeseable en flancos rápidos o en señales con componentes de frecuencia más alta. Por lo tanto, se requiere un grado de "margen de fase", de modo que el cambio de fase en todo el sistema esté bien alejado de 180 grados en todas las frecuencias que puedan encontrarse, para mantener el amplificador alejado de las áreas donde comienza a comportarse mal.
Útil Jensen AN001 - Algunos consejos para estabilizar amplificadores operacionales
La retroalimentación negativa estabiliza los amplificadores mientras que la retroalimentación positiva los desestabiliza.
Debido a la resistencia parásita y la capacitancia, un amplificador inevitablemente termina actuando como un filtro de paso bajo. Esto significa que además de la atenuación hay un cambio de fase. Cuantas más etapas tenga un amplificador, más potencial habrá para los cambios de fase.
La respuesta de frecuencia de un amplificador con dos o más etapas (es decir, casi todos los amplificadores operacionales) contendrá múltiples frecuencias de ruptura. Alrededor de cada frecuencia de ruptura, el cambio de fase aumenta. Después de la primera frecuencia de ruptura hay alrededor de 90 grados de cambio de fase, después de la segunda frecuencia de ruptura hay alrededor de 180 grados de cambio de fase (y así sucesivamente, pero en realidad solo nos interesan las dos primeras).
Un cambio de fase de 180 grados convierte la retroalimentación negativa en retroalimentación positiva. Eso es un problema. Si la "ganancia de bucle" de la ruta de retroalimentación en ese punto es uno o más, el amplificador oscilará.
Así que tenemos que diseñar nuestros amplificadores para que la ganancia en el circuito de retroalimentación caiga a menos de uno antes de que se alcance la segunda frecuencia de ruptura. Los fabricantes de OP-AMP hacen esto agregando deliberadamente capacitancia (conocida como "compensación") a sus amplificadores para reducir la frecuencia del primer punto de interrupción y, por lo tanto, reducir la ganancia en el segundo punto de interrupción. Por supuesto, esto reduce el ancho de banda de nuestro amplificador.
Pero la ganancia en el circuito de retroalimentación depende no solo del amplificador sino también del divisor de retroalimentación. Cuanto mayor sea la ganancia de bucle cerrado de su amplificador, menor será la ganancia en el bucle de realimentación. El amplificador de ganancia unitaria no inversor es el peor de los casos, ya que retroalimenta el 100% de la salida a la entrada. Por lo tanto, los amplificadores de baja ganancia necesitan una gran capacitancia de compensación que los de alta ganancia.
Entonces, los fabricantes de amplificadores operacionales de alta velocidad le dan a elegir. A veces esto se hace teniendo diferentes modelos de amplificadores para aplicaciones de baja y alta ganancia. A veces (por ejemplo, en el AD8021) esto se hace instalando el condensador de compensación externamente.
endolito