Pampasan frekuensi op-amp dan mengapa penting dalam op anda

Penguat Operasi atau Op-Amps dianggap sebagai tenaga kerja Reka Bentuk Elektronik Analog. Kembali dari era komputer Analog, Op-Amps telah digunakan untuk operasi matematik dengan voltan analog sehingga namanya penguat operasi. Sehingga kini Op-Amps digunakan secara meluas untuk perbandingan voltan, pembezaan, integrasi, penjumlahan dan banyak perkara lain. Tidak perlu dikatakan, litar Penguat Operasi sangat mudah dilaksanakan untuk tujuan yang berbeza tetapi ia mempunyai beberapa batasan yang sering menyebabkan kerumitan.

Cabaran utama adalah untuk meningkatkan kestabilan op-amp dalam lebar jalur aplikasi yang luas. Penyelesaiannya adalah untuk mengimbangi penguat dari segi tindak balas frekuensi, dengan menggunakan rangkaian pampasan frekuensi di seluruh penguat operasi. Kestabilan penguat sangat bergantung pada parameter yang berbeza. Dalam artikel ini mari kita fahami kepentingan Pampasan Frekuensi dan cara menggunakannya dalam reka bentuk anda.

Asas Pantas pada Op-Amp

Sebelum melihat aplikasi penguat operasi terlebih dahulu dan cara menstabilkan penguat menggunakan teknik pampasan frekuensi, mari kita meneroka beberapa perkara asas mengenai penguat operasi.

Penguat boleh dikonfigurasi sebagai konfigurasi gelung terbuka atau konfigurasi gelung tertutup. Dalam konfigurasi gelung terbuka, tidak ada litar maklum balas yang berkaitan dengannya. Tetapi dalam konfigurasi gelung tertutup, penguat memerlukan maklum balas untuk berfungsi dengan baik. Operasi boleh mempunyai maklum balas negatif atau maklum balas positif. Sekiranya analog rangkaian maklum balas melintasi terminal positif op-amp, ia dipanggil maklum balas positif. Jika tidak, penguat maklum balas negatif mempunyai litar maklum balas yang bersambung di terminal negatif.

Mengapa kita memerlukan Pampasan Frekuensi dalam Op-Amps?

Mari lihat litar penguat di bawah. Ini adalah litar Op-Amp bukan maklum balas negatif sederhana. Litar disambungkan sebagai konfigurasi pengikut kesatuan.

Litar di atas sangat biasa dalam elektronik. Seperti yang kita semua ketahui, penguat mempunyai impedansi input yang sangat tinggi di seluruh input dan dapat memberikan jumlah arus yang wajar di seluruh output. Oleh itu, penguat operasi dapat digerakkan menggunakan isyarat rendah untuk mendorong beban arus yang lebih tinggi.

Tetapi berapakah arus maksimum yang dapat dikeluarkan op-amp untuk memacu beban dengan selamat? Litar di atas cukup baik untuk mendorong beban resistif tulen (beban resistif ideal) tetapi jika kita menyambungkan beban kapasitif merentasi output, op-amp akan menjadi tidak stabil dan berdasarkan nilai kapasitansi beban pada keadaan terburuk yang mungkin op-amp malah mula berayun.

Mari terokai mengapa op-amp menjadi tidak stabil apabila beban kapasitif disambungkan di seluruh output. Litar di atas boleh digambarkan sebagai formula mudah -

A _{cl =} A / 1 + Aß

A _cl adalah keuntungan gelung tertutup. A adalah keuntungan gelung terbuka penguat. The

Gambar di atas adalah gambaran formula dan litar penguat maklum balas negatif. Ia sama persis dengan penguat negatif tradisional yang dinyatakan sebelum ini. Mereka berdua berkongsi input AC pada terminal positif, dan keduanya mempunyai maklum balas yang sama di terminal negatif. Lingkaran adalah simpang penjumlahan mempunyai dua input, satu dari isyarat input dan yang kedua dari litar maklum balas. Nah, semasa penguat berfungsi dalam mod maklum balas negatif, voltan output lengkap penguat mengalir melalui garis maklum balas ke titik persimpangan penjumlahan. Pada persimpangan penjumlahan, voltan maklum balas dan voltan input ditambahkan bersama-sama dan dimasukkan kembali ke input penguat.

Imej itu terbahagi kepada dua tahap keuntungan. Pertama, ia menunjukkan rangkaian gelung tertutup lengkap kerana ini adalah rangkaian gelung tertutup dan juga litar gelung terbuka op-amp kerana op-amp yang menunjukkan A adalah litar terbuka yang berdiri sendiri, maklum balas tidak dihubungkan secara langsung.

Output dari simpang penjumlahan diperkuatkan lagi dengan keuntungan gelung terbuka op-amp. Oleh itu, jika perkara yang lengkap ini ditunjukkan sebagai pembentukan matematik, output di persimpangan penjumlahan adalah -

Vin - Voutß

Ini berfungsi dengan baik untuk mengatasi masalah ketidakstabilan. Rangkaian RC mencipta tiang pada kesatuan atau keuntungan 0dB yang menguasai atau membatalkan kesan kutub frekuensi tinggi yang lain. Fungsi pemindahan konfigurasi tiang dominan adalah -

Di mana, A (s) adalah fungsi pemindahan tanpa pampasan, A adalah keuntungan gelung terbuka, The Bode plot di bawah menunjukkan apa yang berlaku jika teknik pampasan tiang dominan ditambah seluruh output op-amp, di mana fd adalah kekerapan tiang dominan.

2. Pampasan Miller

Teknik pampasan lain yang berkesan adalah teknik pampasan pengisar dan ia adalah teknik pampasan dalam gelung di mana kapasitor sederhana digunakan dengan atau tanpa perintang pengasingan beban (Nulling resistor). Ini bermaksud kapasitor disambungkan dalam gelung maklum balas untuk mengimbangi tindak balas frekuensi op-amp.

The miller litar pampasan ditunjukkan di bawah. Dalam teknik ini, kapasitor disambungkan ke maklum balas dengan perintang di seluruh output.

Litar adalah penguat maklum balas negatif sederhana dengan keuntungan terbalik bergantung pada R1 dan R2. R3 adalah perintang nol dan CL adalah beban kapasitif merentasi output op-amp. CF adalah kapasitor maklum balas yang digunakan untuk tujuan pampasan. Nilai Kapasitor dan perintang bergantung pada jenis tahap penguat, pampasan tiang, dan beban kapasitif.

Teknik Pampasan Frekuensi Dalaman

Penguat operasi moden mempunyai teknik pampasan dalaman. Dalam teknik pampasan dalaman, kapasitor maklum balas kecil disambungkan di dalam op-amp IC antara transistor pemancar biasa peringkat kedua. Sebagai contoh, gambar di bawah adalah rajah dalaman op-amp LM358 yang popular.

Kapasitor Cc disambungkan di Q5 dan Q10. Ia adalah Capacitor pampasan (Cc). Kapasitor pampasan ini meningkatkan kestabilan penguat dan juga mencegah kesan ayunan dan dering di seluruh output.

Pampasan Frekuensi Op-amp - Simulasi praktikal

Untuk memahami pampasan Frekuensi dengan lebih praktikal mari cuba mensimulasikannya dengan mempertimbangkan litar di bawah -

Litar adalah penguat maklum balas negatif sederhana menggunakan LM393. Op-amp ini tidak mempunyai kapasitor pampasan. Kami akan mensimulasikan litar di Pspice dengan beban kapasitif 100pF dan akan memeriksa bagaimana ia akan berfungsi dalam operasi frekuensi rendah dan tinggi.

Untuk memeriksa ini, seseorang perlu menganalisis keuntungan gelung terbuka dan margin fasa litar. Tetapi agak sukar bagi pspice kerana mensimulasikan litar tepat, seperti yang ditunjukkan di atas, akan mewakili keuntungan gelung tertutupnya. Oleh itu pertimbangan khas perlu diambil. Langkah untuk menukar litar di atas untuk simulasi gelung terbuka (gain vs phase) dalam pspice dinyatakan di bawah,

1. Input didasarkan untuk mendapatkan tindak balas maklum balas; input gelung tertutup ke output tidak diendahkan.
2. Input terbalik dipecah menjadi dua bahagian. Salah satunya ialah pembahagi voltan dan yang lain adalah terminal negatif op-amp.
3. Dua bahagian dinamakan semula untuk membuat dua nod dan tujuan pengenalan yang berasingan semasa fasa simulasi. Bahagian pembahagi voltan dinamakan semula sebagai maklum balas dan terminal negatif dinamakan semula sebagai Inv-input. (Membalikkan input).
4. Kedua-dua nod yang rosak ini dihubungkan dengan sumber voltan 0V DC. Ini dilakukan kerana, dari istilah voltan DC, kedua-dua nod mempunyai voltan yang sama yang penting bagi litar untuk memenuhi keperluan titik operasi semasa.
5. Menambah sumber voltan dengan rangsangan AC 1V. Ini memaksa perbezaan voltan dua nod individu menjadi 1 semasa analisis AC. Satu perkara penting dalam kes ini, bahawa nisbah maklum balas dan input terbalik bergantung pada keuntungan gelung terbuka litar.

Setelah membuat langkah di atas, litar kelihatan seperti ini -

Litar dikuasakan menggunakan rel bekalan kuasa 15V +/-. Mari simulasi litar dan periksa plot bode keluarannya.

Oleh kerana rangkaian tidak mempunyai pampasan frekuensi, seperti yang diharapkan simulasi menunjukkan keuntungan tinggi pada frekuensi rendah dan keuntungan rendah pada frekuensi tinggi. Ia juga menunjukkan margin fasa yang sangat buruk. Mari lihat apakah fasa keuntungan 0dB.

Seperti yang anda lihat walaupun pada kenaikan 0dB atau crossover kesatuan, op-amp memberikan peralihan fasa 6 darjah pada hanya beban kapasitif 100pF.

Sekarang mari kita memperbaiki rangkaian dengan menambahkan perintang dan kapasitor pampasan frekuensi untuk membuat pampasan penggiling di seluruh op-amp dan menganalisis hasilnya. Perintang nol 50 Ohms diletakkan di seberang op-amp dan output dengan kapasitor pampasan 100pF.

Simulasi selesai dan lengkungnya seperti di bawah,

Keluk Fasa jauh lebih baik sekarang. Peralihan fasa pada kenaikan 0dB hampir 45.5 darjah. Kestabilan penguat sangat meningkat menggunakan teknik pampasan frekuensi. Oleh itu, terbukti bahawa teknik pampasan frekuensi sangat disyorkan untuk kestabilan op-map yang lebih baik. Tetapi Lebar Jalur akan berkurang.

Sekarang kita memahami pentingnya pampasan frekuensi opamp dan bagaimana menggunakannya dalam reka bentuk Op-Amp kami untuk mengelakkan masalah ketidakstabilan. Semoga anda menikmati membaca tutorial dan mempelajari sesuatu yang berguna. Sekiranya anda mempunyai sebarang pertanyaan, tinggalkan di forum kami atau di bahagian komen di bawah.