Apa yang istimewa tentang "unity-gain stable"?

Seperti yang disebutkan dalam lembar data opamp, seperti ini . Saya akan berpikir stabilitas adalah masalah pada perolehan yang lebih tinggi, karena osilasi. Apa masalah dengan perolehan-persatuan?

Stabilitas tidak hanya bergantung pada gain, tetapi juga fase. Jika penguat pembalik memiliki pergeseran fasa total 180 ° fasa adalah 360 °, dan salah satu kriteria Barkhausen untuk osilasi terpenuhi.

Amplifier berbeda dalam kemampuan mereka untuk menjadi stabil bahkan jika sirkuit eksternal optimal. Untuk mengevaluasi potensi stabilitas untuk jenis penguat tertentu, data grafik diperlukan untuk "gain vs frekuensi" dan "fase vs frekuensi" penguat loop terbuka. Jika respons fase muncul! 180E pada frekuensi di mana gain di atas satu, umpan balik negatif akan menjadi umpan balik positif dan penguat akan benar-benar mempertahankan osilasi. Bahkan jika fase lag kurang dari! 180E dan tidak ada osilasi berkelanjutan, akan ada overshoot dan kemungkinan ledakan osilasi dipicu oleh sumber kebisingan eksternal, jika respon fase tidak "cukup kurang" dari -180 ° untuk semua frekuensi di mana keuntungan berada di atas persatuan. "Cukup kurang" batas fasa . Jika respons fase adalah -135 °, maka margin fase adalah 45 ° (jumlah "kurang dari" -180 °). Sebenarnya, margin fase bunga untuk mengevaluasi potensi stabilitas juga harus mencakup respons fase dari sirkuit umpan balik . Ketika margin fase gabungan ini adalah 45 ° atau lebih, amplifier cukup stabil. Angka 45 ° adalah nilai "rule of thumb" dan margin fase yang lebih besar akan menghasilkan stabilitas yang lebih baik dan overshoot yang lebih sedikit.

Seringkali, tetapi tidak selalu, margin fase terendah adalah pada frekuensi tertinggi yang memiliki keuntungan di atas persatuan; karena selalu ada beberapa keterlambatan yang tidak tergantung pada frekuensi yang mewakili lebih banyak derajat pada frekuensi yang lebih tinggi. Sebuah amplifier dengan margin fase 45E pada frekuensi yang lebih tinggi dari gain loop terbuka kesatuan dikatakan "unity gain stable". Secara opsional, sebagian besar tipe amplifier dapat dikompensasi untuk stabilitas gain persatuan pada beberapa pengorbanan dalam laju perubahan tegangan atau frekuensi tinggi. Jika stabilitas dianggap prioritas tinggi, pengorbanan harus dilakukan. Unity gain stable berarti operasi yang stabil pada gain loop tertutup terendah di mana stabilitas biasanya terburuk.

(dari sini )

Bacaan lebih lanjut
Mengapa Umpan Balik Persatuan Paling Sulit untuk Stabilitas?

Penguatan kesatuan dicapai dengan menerapkan umpan balik 100% ke penguat penguatan tinggi. Akan ada pergeseran fasa antara input dan output dan osilasi terjadi ketika pergeseran fasa sama atau melebihi 180 derajat pada frekuensi apa pun di mana gain loop terbuka lebih besar daripada satu (sebenarnya selalu dalam praktek di berbagai frekuensi.)

Situasi umpan balik memperoleh gain tinggi adalah tentang yang paling sulit di mana untuk menghindari beberapa frekuensi (biasanya di bagian atas kisaran respons) mengalami pergeseran fase 180 derajat.

Dalam praktiknya "hanya kurang dari 180 derajat" tidak cukup baik karena amplifier yang mendekati osilasi akan "berdering" dan menghasilkan respons transien yang tidak diinginkan pada tepi cepat atau pada sinyal dengan komponen frekuensi yang lebih tinggi. Oleh karena itu, diperlukan tingkat "batas fasa", sehingga pergeseran fasa di seluruh sistem jauh dari 180 derajat pada semua frekuensi yang mungkin dihadapi, agar penguat menjauh dari area di mana ia mulai berperilaku buruk.

Berguna Jensen AN001 - Beberapa tips untuk menstabilkan amplifier operasional

Umpan balik negatif menusuk penguat sementara umpan balik positif merusaknya.

Karena resistansi parasit dan kapasitansi, sebuah penguat pasti akan bertindak sebagai filter lowpass. Ini berarti bahwa selain redaman ada pergeseran fasa. Semakin banyak tahapan penguat, semakin besar potensi pergeseran fasa.

Respons frekuensi penguat dengan dua atau lebih tahap (yaitu hampir semua op-amp) akan berisi beberapa frekuensi putus. Di sekitar setiap frekuensi istirahat pergeseran fase meningkat. Setelah frekuensi istirahat pertama ada sekitar 90 derajat pergeseran fasa, setelah frekuensi istirahat kedua ada sekitar 180 derajat pergeseran fase (dan seterusnya, tetapi kami benar-benar hanya peduli pada dua yang pertama).

Pergeseran fase 180 derajat mengubah umpan balik negatif menjadi umpan balik positif. Itu masalah. Jika "loop gain" dari jalur umpan balik pada titik itu adalah satu atau lebih dari amplfier akan terombang-ambing.

Jadi kita harus merekayasa amplifier kita sehingga gain dalam loop umpan balik turun menjadi kurang dari satu sebelum frekuensi istirahat kedua tercapai. Pabrikan OP-AMP melakukan ini dengan sengaja menambahkan kapasitansi (dikenal sebagai "kompensasi") ke amplifier mereka untuk mengurangi frekuensi breakpoint pertama dan karenanya mengurangi gain pada breakpoint kedua. Tentu saja ini mengurangi bandwidth amplifier kami.

Tetapi penguatan pada loop umpan balik tidak hanya bergantung pada amplifier tetapi juga pada pembagi umpan balik. Semakin tinggi gain loop tertutup amplifier Anda, semakin rendah gain di loop umpan balik. Penguat gain non-pembalik adalah kasus terburuk karena memberi umpan balik 100% dari output ke input. Jadi amplifier gain rendah membutuhkan kapasitansi kompensasi besar daripada gain tinggi.

Jadi pembuat op-amp berkecepatan tinggi memberi Anda pilihan. Kadang-kadang ini dilakukan dengan memiliki model amplifer yang berbeda untuk aplikasi gain rendah dan tinggi. Kadang-kadang (misalnya pada AD8021) ini dilakukan dengan memasang kapasitor kompensasi secara eksternal.