آیا خلاصه من از نوسان انگلی در Op-Amps اشتباه است؟

ما در مورد بازخورد منفی در OP-AMPS با مربی کالج جامعه من بحث می کردیم. من سعی کردم در مورد مفهوم نوسانات انگلی در مدارهای بازخورد یاد بگیرم. من خلاصه ای از آنچه آموخته ام نوشتم ، اما مربی من گفت (بسیار با احترام) که به نظر می رسد مانند درک اشتباه است. آنها دقیقاً مطمئن نبودند که روش صحیح برای توضیح نوسان انگلی چیست ، اما آنها گفتند که در این مورد به من باز می گردند.

من نمی دانم که خلاصه من به طور کلی صحیح است ، و اگر این موارد وجود دارد که دقیقاً درست نیستند یا می توان آنها را بهبود بخشید؟

بنابراین آنچه به نظر می رسد یک مدار بازخورد منفی ممکن است به صورت خودجوش شروع به نوسان کند ، اگر فرکانس وجود داشته باشد (و معمولاً وجود دارد) به اندازه کافی بالا می تواند یک تغییر فاز 360 درجه را در دست خصوصیات خازنی ترانزیستورهای مدار انجام دهد ، به گونه ای که یک فرصتاعوجاج در ولتاژ فراتر از حالت پایدار ، به جای اینکه دوباره به حالت پایدار DC برگردید ، به یک سیگنال فرکانس بالا تبدیل می شود ، که در یک حلقه می رود و از خود تغذیه می کند (در حالی که احتمالاً در هر نوبت قدرت گرفتن از قدرت از مراحل تقویت کننده قوی تر می شودمسیر آن)آنچه ، به ویژه ، چنین نوسانات پایدار را پایدار می کند این است که در هر چرخه ولتاژ به سمت ورودی از ولتاژ که آن را ترک کرده بود کوچکتر نیست ، به گونه ای که چرخه بعدی ضعیف تر از حالت قبلی نیست (و احتمالاً قوی تر باشد، در پایان چرخه ، پس از گذشت 360 درجه تغییر و بازگشت به ورودی ، ولتاژ بازگشت بیشتر از ولتاژ ورودی در ابتدای چرخه ای است که منشأ آن شده است).

علاوه بر این ، توجه داشته باشید که از آنجا که آمپلی فایر در حال حاضر تغییر فاز 180 درجه ای بین ورودی و خروجی آن ایجاد می کند ، تغییر فاز مورد نیاز فراتر از آنچه که در حال حاضر "داخلی" است ، تنها 180 درجه اضافی است. بنابراین فرکانس هایی که در عبور از خصوصیات خازنی ترانزیستورهای تقویت کننده با 180 درجه اضافی منتقل می شوند می توانند به طور خودجوش به عنوان نوسانات انگلی ناآگاه در بالای حالت DC تقویت کننده آشکار شوند.

$ begingroup $ در یک تقویت کننده تقویت کننده اتفاق می افتد اگر در هر فرکانس ، افزایش حلقه برابر یا بیشتر از 1 باشد که فاز حلقه برابر ب ا-360 درجه باشد. $ endgroup $

$ begingroup $ با تشکر از james - به نظر می رسد مانند شما در یک جمله گفتید و با استفاده از اصطلاحات دقیق ، آنچه را که من به طول و توصیفی گفته ام. مگر اینکه چیزی را از دست بدهم .. $ endgroup $

$ begingroup $ با استفاده از "اصطلاح مشترک" برای چیزی برای درک و ارتباطات بسیار مهم است. اگر اصرار دارید که چیزی را به عنوان "تست درک" بنویسید ، باید انتظار داشته باشید که خواننده گیج شود. این مهندسی است ، نه نوشتن خلاق. $ endgroup $

$ begingroup $ به نظر می رسد غیر ضروری کلمه ای است ، تا جایی که نمی توانم بگویم اشتباه می کنید یا نه. این نوع کلمه ای است که مردم سالاد ایجاد می کنند وقتی نمی دانند در مورد چه چیزی صحبت می کنند. به این معنا ، به نظر می رسد اشتباه است ، حتی اگر برخی از کلمات نشان دهند که شما برخی از مفاهیم موجود را درک می کنید. به جای اینکه صدا کنید مثل اینکه شما در حال نوشتن یک رمان هستید ، به توضیحات فنی بپیوندید ، با استفاده از زبان پذیرفته شده این زمینه. مهمترین چیز این است که "حتی اگر نمودار بلوک ساده و بی تکلف ثبات را نشان دهد ، یک مدار واقعی معمولاً تغییر فاز اضافی را به سمت شما می اندازد و آن را ناپایدار می کند." $ endgroup $

$ begingroup $ کلمات خیانتکار هستند - در کاوش در پاکت درک شما ، هر کلمه ای که به خواننده اضافه می کنید ، گیج کننده است (گاهی اوقات ، بیشتر است) ، به خصوص وقتی که درک شما لرزان است. به نظر می رسد که برخی از دلایل متداول بی ثباتی را برای من درک می کنید. من مطمئن نیستم که پاکت نوسان انگلی شامل چه چیزی است - ممکن است نظرات زیادی در این باره پیدا کنید. $ endgroup $

4 پاسخ 4

بعضی اوقات ، باید در نظر گرفت که یک "مدار" الکترونیکی نه تنها با دستگاه های منفعل و فعال ساخته می شود. یک "دستگاه" مهم که باید مورد توجه قرار گیرد ، "تأخیر" فیزیکی است. و تغییر فاز قابل توجهی می تواند اضافه شود. نه خیلی "بزرگ" (برخی از NS) ، می تواند بسیار مهم شود و می تواند منجر به "بی ثباتی" یا "نوسان" شود.

در اینجا نمونه ای از نشان دادن آن "چیز" است.

و در اینجا "نوسان ساز اجباری". به تأخیر توجه داشته باشید ، "فقط" 200 نانومتر.

با نمودارهای bode.

همانطور که از OP پرسیده می شود ، من شکل موج ها را اضافه می کنم که دامنه ژنراتور = 0. NB: گاهی اوقات ، سیستم می تواند "آویزان" شود و رفتار خود را تغییر دهد (چرا؟ تاکنون یافت نشد). هنگامی که تأخیر بیشتر از 145 نانومتر باشد ، به تنهایی نوسان می کند (بدون ژنراتور).

$ begingroup $ با تشکر از آنتونیو. به نظر می رسد چنین تأخیر ممکن است یک عامل مؤثر در تغییر فاز کل باشد (اضافه کردن به تغییر فاز توسط دستگاه های دیگر). و همچنین می تواند قبل از حل و فصل مدار در حالت پایدار DC خود ، بی ثباتی اضافی را فراهم کند (اما اگر هرگونه بی ثباتی پایدار باشد ، مدار باید فاز را برآورده کند و الزامات لازم را برای نوسان پایدار بدست آورد). آیا من ایده شما را درک کردم؟ $ endgroup $

$ begingroup $ راست. نوسانات می تواند با "حضور" تاخیر نیز رخ دهد. به دلیل بی تحرکی بزرگ ، اغلب در سیستم های حرارتی اتفاق می افتد. $ endgroup $

$ begingroup $ آیا بدون ورودی موج مربع نوسان می کرد یا اگر موج مربع پس از مدتی خاموش شد؟ $ endgroup $

فکر نمی کنم توضیحات شما اشتباه باشد ، اما فکر می کنم ناقص است.

کلید درک نوسان انگلی و کاهش آن در OP-AMPS درک این است که OP-AMP یک تقویت کننده چند مرحله ای است.

برای سیگنال های کوچک ، پاسخ فرکانس یک تقویت کننده مرحله ای تک به عنوان یک فیلتر RC مدل می شود. برای فرکانس ها به طور قابل توجهی زیر فرکانس شکستن تغییر فاز ناچیز وجود دارد ، برای فرکانس ها ، برای فرکانس ها به طور قابل توجهی بالاتر از فرکانس شکست ، تغییر فاز 90 درجه وجود دارد.

بنابراین استفاده از بازخورد منفی در یک تقویت کننده مرحله به طور کلی باعث نوسان نمی شود.

اما اگر ما یک تقویت کننده چند مرحله ای بسازیم که در آن تمام مراحل دارای یک پاسخ فرکانس مشابه باشند و سپس سعی کنیم بازخورد منفی را برای آمپلی فایر به عنوان یک کل اعمال کنیم ، هر مرحله یک فاز را ایجاد می کند که به سرعت به 90 درجه نزدیک می شود. بشرنتیجه این است که وقتی بازخورد منفی مثبت می شود و سیستم تقریباً مطمئناً نوسان خواهد کرد ، سیستم هنوز هم سود قابل توجهی دارد.

برای کاهش این موضوع ، OP-AMP ها از خازن اضافی اضافه شده اند به طوری که یک مرحله پهنای باند قابل توجهی پایین تر از سایر مراحل دارد. به این ترتیب ، اگر از OP-AMP به عنوان در نظر گرفته شده استفاده شود ، افزایش در حلقه بازخورد زیر 1 کاهش می یابد قبل از اینکه اعوجاج فاز از فیلتر خیلی زیاد شود.

$ begingroup $ این اطلاعات اضافی خوب است - متشکرم. در پاراگراف 3 فکر می کنم شما باید تا 90 درجه معنی داشته باشید. $ endgroup $

$ begingroup $ از نظر فنی با افزایش فرکانس به 90 درجه نزدیک می شود. $ endgroup $

من هرگز به توضیحات شهودی رضایت بخش در مورد بی ثباتی تقویت کننده در هر کتاب یا هر وب سایت نرسیده ام. آنچه در زیر آمده است ، تلاش من برای ارائه یکی است.

همانطور که در زیر آمده است ، یک تقویت کننده غیر معکوس استاندارد را در نظر بگیرید.

روش تقریباً جهانی پذیرفته شده برای ارزیابی و تنظیم حاشیه پایداری در چنین تقویت کننده ، باز کردن حلقه ، اعمال سیگنال در یک طرف استراحت و اندازه گیری سیگنال حلقه باز شده از طرف دیگر حلقه است. در این روش پاسخ حلقه باز شده مطابق شکل زیر تعیین می شود.

فاز پاسخ حلقه باز شده و افزایش می تواند به عنوان یک جارو فرکانس اندازه گیری شود.

افزایش حلقه باز شده برابر با VFB/VDIFF است که برابر ب ا-aol*بتا است. این افزایش حلقه باز شده معمولاً به عنوان افزایش حلقه گفته می شود. توجه داشته باشید که در افزایش حلقه وارونگی وجود دارد زیرا سیگنال تزریق شده برای ورودی وارونه تقویت کننده اعمال می شود.

در این مورد می توان افزایش حلقه را با حلقه بسته (بازخورد دست نخورده) اندازه گیری کرد ، ما در واقع به دنبال افزایش حلقه نیستیم بلکه چیزی به نام نسبت بازگشت هستیم. نسبت بازگشت هنوز برابر با VFB/VDIFF است که در این مورد حلقه بسته برابر با AOL*بتا است. توجه داشته باشید که علامت منفی از بین رفته است و نتیجه ای که ما به آن علاقه مند هستیم این است که چگونه نسبت بازده ب ا-180 درجه تاخیر حلقه می شود و در مقایسه با چگونگی نزدیک شدن حلقه به وحدت ب ا-360 درجه تاخیر حلقه مانند مورداز تجزیه و تحلیل حلقه باز شده که در آن وارونگی ورودی در اندازه گیری گنجانده شده است. بنابراین ، نسبت بازده فقط منفی افزایش حلقه است.

اکنون اجازه می دهیم یک وضعیت حلقه بسته را برای یک تقویت کننده افزایش وحدت در نظر بگیریم (بتا = 1). من یک تقویت کننده افزایش وحدت را برای ساده کردن تجزیه و تحلیل انتخاب کرده ام.

افزایش حلقه باز (افزایش رو به جلو) از تقویت کننده بالا 0. 9 د ر-180 درجه تاخیر است. به منظور رضایت از این حلقه باز ، افزایش حلقه بسته مجبور می شود به مقدار 9 با تاخیر حلقه بست ه-180 درجه (معکوس) برود. با افزایش حلقه بسته 9 ، افزایش حلقه باز رضایت دارد زیرا VFB/VDIFF = 9/10 = 0. 9

در این مقادیر برای افزایش حلقه باز و فاز حاشیه فاز و حاشیه افزایش بسیار کم خواهد بود و تجزیه و تحلیل فوق اوج را که در دامنه فرکانس در انتهای بالای پهنای باند تقویت کننده در فاز پایین رخ می دهد ، توضیح می دهد.

حال بیایید افزایش حلقه باز را حتی به مقدار 1 د ر-180 درجه تاخیر نزدیک کنیم. این است که می گویند افزایش حلقه باز 0. 99.

با افزایش حلقه باز 0. 99 در تاخی ر-180 درجه ، افزایش حلقه بسته مجبور می شود با تاخی ر-180 درجه به مقدار 99 برود تا ویژگی های افزایش حلقه باز را برآورده کند. VFB/VDIFF = 99/100 = 0. 99.

اکنون فاز و حاشیه های افزایش حتی پایین تر خواهند بود و در پاسخ حلقه بسته حتی اوج بیشتری وجود دارد. از آنجا که افزایش حلقه باز به مقدار یک در تاخی ر-180 درجه نزدیک می شود ، تقویت کننده به بی ثباتی نزدیک می شود.

حال بیایید وضعیتی را در نظر بگیریم که افزایش حلقه باز دارای مقدار 1 د ر-180 درجه تاخیر باشد.

در این شرایط ، هر چقدر هم که افزایش حلقه بسته شود ، تقویت کننده نمی تواند ویژگی های افزایش حلقه باز خود را برآورده کند. تقویت کننده نمی تواند VFB را با VDIFF برابر کند. VFB همیشه مهم نیست که خروجی چقدر بزرگ شود. در حقیقت اگر بخواهیم سیگنال ورودی تقویت کننده را برابر با 0 ولت (آن را زمین) بسازیم ، نویز دامنه کوچک موجود در ورودی هنوز از نظر تئوری باعث افزایش نامحدود حلقه بسته می شود که در عمل ، توسط ریل های برق محدود خواهد بود.