Qu'implique le paramètre «phase margin» d'un ampli-op?

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Je lisais la fiche technique du MCP6072 . J'ai vu un paramètre à savoir "marge de phase" (tableau 1-2, page 4). Pour autant que je sache, "marge de phase" est un terme d'ingénierie de contrôle, et implique la différence de phase entre l'entrée et la sortie lorsque le gain est égal à l'unité. Je ne comprends pas le sens de ce terme dans la terminologie opamp. La marge de phase typique de cet ampli-op est donnée à 57 o . Ça veut dire quoi?

operational-amplifier terminology phase-margin hkBattousai
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Réponses:

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La marge de phase PM est une mesure de la stabilité d'un système avec rétroaction. Et, ainsi, cela s'applique également aux amplificateurs opérationnels. Le PM est défini pour le LOOP GAIN du système - cela signifie: ouvrir la boucle à un nœud approprié et mesurer / simuler le gain et la phase autour de la boucle complète. Ensuite, le PM est la DIFFÉRENCE entre la phase mesurée et -360 degrés (cela signifie: la "distance" à la condition d'oscillation, rétroaction positive) à la fréquence qui donne le gain de boucle unitaire. Sans tenir compte de l'inversion de phase à l'entrée inverseuse, le PM est la "distance" à -180 deg.

Maintenant, pour un ampli op, la situation la plus critique se produit pour un retour de 100% (opération de gain unitaire). Dans ce cas, le facteur de rétroaction est l'unité et le gain de boucle est identique au gain en boucle ouverte Ao de l'ampli op. Normalement, seule cette condition est utilisée pour spécifier le PM dans la fiche technique de l'opamp.

Résumé: Le PM tel qu'indiqué pour un ampli-op est la DIFFÉRENCE entre le déphasage de l'opamp et -180 degrés à la fréquence de gain unitaire.

LvW
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Un ampli-op est un "système de contrôle" et la marge de phase est définie comme la différence de -180 degrés de la phase de la fonction de transfert en boucle ouverte lorsque la magnitude est égale à l'unité. Cela vous permet de prédire la stabilité et la réponse du système lorsque vous fermez la boucle avec une quantité donnée de rétroaction.

Un ampli-op est généralement compensé par un pôle dominant, donc la fonction de transfert est approximativement Ao / (1 + s / wo) où wo est la fréquence du pôle dominant et Ao est le gain DC - Cela implique une marge de phase de 90 degrés. En pratique, le Ft des transistors provoque un décalage de phase supplémentaire et le pôle dominant est réglé de sorte que le croisement 0 dB se produise avec une marge de phase raisonnable.

John D
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@VladimirCravero LvW a raison, ce n'est pas le réseau de rétroaction, c'est toute la fonction de transfert en boucle ouverte. Sur une fiche technique, ils ne peuvent pas savoir ce que vous allez enrouler autour d'un ampli-op, ils spécifient donc la marge de phase de la fonction de transfert en boucle ouverte de l'amplificateur lui-même. Faites-en un tampon de gain unitaire et vous connaîtrez la marge de phase. La rétroaction résistive pure pour donner plus de gain sera plus stable que cela, c'est-à-dire que le numéro de fiche technique est le pire des cas en fonctionnement "normal". (Bien qu'il existe de nombreuses situations comme les charges capacitives qui peuvent causer des problèmes.)
John D
La fonction de transfert OL d'un ampli op caractérisé par un pôle dominant a une marge de phase qui est pratiquement de 90 °. Vous avez votre pôle à quelques Hz, traversez le 0 dB à environ 100 kHz pour que la phase soit à 90 ° à toutes fins pratiques. Si vous fermez la boucle à la place, etβ=1, alors le pôle se déplace très près de la fréquence de gain unitaire et la marge de phase diminue.
Vladimir Cravero
@ VladimirCravero Je ne suis pas d'accord, s'ils traversent l'unité à 90 degrés de marge de phase (en plaçant le pôle dominant), ils abandonnent la bande passante. En règle générale, ils traversent l'unité à une marge de phase un peu plus faible mais toujours acceptable comme 60 degrés. Ensuite, avec un facteur de rétroaction de l'unité, la marge de phase du système EST la marge de phase de la caractéristique de boucle ouverte de l'ampli op, et la bande passante (pôle en boucle fermée) se déplace vers le croisement en boucle ouverte.
John D
@JohnD Je ne peux pas croire que nous en discutons, je pense que nous disons la même chose de deux manières différentes. Comment un pôle qui est 4 ou 5 décennies avant la fréquence de gain unitaire peut-il affecter sa phase? ce serait quelque chose comme arctan (10 ^ 4) qui est quelque chose comme 99,99% de 90 ° ... Peut-être que vous sous-entendez qu'il y a d'autres pôles après la fréquence de gain unitaire?
Vladimir Cravero
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Je pense que vous avez techniquement raison pour un ampli opérationnel, bien qu'avec les systèmes de contrôle de rétroaction généraux, j'entends (et j'utilise) le terme "gain en boucle ouverte" pour l'ensemble du système, y compris les commentaires, et les tracés de Bode pour l'analyse de stabilité sont généralement intitulés " gain et phase en boucle ouverte ". Un ampli-op a un "gain en boucle ouverte" plus défini sur la fiche technique, donc le terme "gain en boucle" est peut-être plus approprié dans ce cas. Merci!
John D
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La marge de phase est la quantité de marge de déphasage à gain unitaire qui pourrait provoquer une instabilité ou une oscillation.

90 degrés est l'idéal théorique, 0 est NG, 45 degrés auront un certain dépassement, 60 degrés est une solution pratique. La marge de phase montre un compromis entre le temps de montée et le dépassement.


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Les amplificateurs opérationnels sont utilisés avec un retour, cela leur permet d'osciller, ce qui est mauvais à moins que vous ne conceviez un oscillateur!

La marge de phase indique essentiellement la stabilité de l'ampli-op, c'est-à-dire la distance de l'angle de phase par rapport au point d'oscillation, dans la pire des configurations de gain unitaire.

L'ajout de capacité d'entrée et de sortie parasite, mais en particulier la capacité de charge, peut provoquer un déphasage qui réduit la marge de stabilité.

Généralement, une petite résistance est ajoutée à la sortie pour compenser une "grande" charge capacitive, mais cela réduit bien sûr le gain effectif. La capacité d'entrée est généralement moins problématique, mais elle peut également être compensée.

De nombreux amplificateurs opérationnels sont compensés en interne pour des conditions d'utilisation typiques, mais pas tous.

Dave Null
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