هرگز GBW را در یک پرده کنندۀ فرساز Op Amp چشم پوشی نکند
یک پردازش تفکیک کننده نخواهد پرداخت یک دستور پخت ناپایداری و نوسان است. این خرابی مستقیما متصل می شود
یک پردازش تفکیک کننده نخواهد پرداخت یک دستور پخت ناپایداری و نوسان است. این شکست مستقیماً به محصول فضای پهنای باند متصل می شود (GBW). مدارهای بازخورد به مسائل ثباتی می باشد. پروفایل افزایش فایده ی تفاوت کننده با محدوده های فیزیکی اومپ برخورد میکنه این تصادف صدا را بزرگ می کند و بدون طراحی مناسب تضمین می کند. این راهنمایی برای درک مشکل است . همچنین نشان می دهد که چگونه پیاده سازی مجازی را برای یک مدار پایدار و عملکردی انجام دهد.
حذف کلید
- تقویت کننده ی تفاوت کننده ی اپ amp می تواند ناپایدار شود. این اتفاق می افتد چون سود آن با فرکانس افزایش می یابد. محدوديت هاي اومپ باعث اين مشکل ميشه
- جبهه ي RC ناپايداري يک مقاومت يا اضافه مي کنيدپاپیکور. اين مدار رو محدود ميکنه
- اضافه کردن یک مقاومت ورودی (R_in) یا یک کازینه بازگشت (C_f) کمک می کند. اين قطعات زياده رو ميکنن. اونا جلوي مدارها رو گرفتن
- استفاده از R_in و C_f بهترین ثبات را می دهد. اين روش واکنش فرکانس مدار رو کنترل ميکنه اين تشخيص دهنده رو قابل اعتماد ميکنه
- واسه طراحيتون رو انتخاب کن محصولات در پهنای آن (GBW) مهم است. انتخاب موفقيت يک مدار ثابت رو تضمين ميکنه
ناپایداری در یک تفاوت کننده ی Op Amp
یک تشخیص کننده ی اپ amp بطور اساسی به ناپایداری می باشد. این رفتار یک نقص طراحی نیست بلکه یک عواقب مستقیم از تابع اصلی آن با محدودیت های فیزیکی دنیای واقعی ...... درک شکاف بین نمودار مدار ایده آل و عملکرد آن اولین قدم برای ساخت طراحی پایدار است.
واکنش در مقابل جهان واقعی
در یک دنیای کامل، یک تشخیص دهنده ی اپ amp بر اساس یک مدل ریاضیات ساده رفتار می کند. وظیفه مدار تولید خروجی متناسب با نرخ تغییر ورودی آن است.
- ولتاژ خروجی ایده آل توسط فرمول داده می شود:
V_out( t) = -R_f * C * dV_in(t)/ dt. - در دامنه فرکانس، این به سودی ترجمه می شود که مستقیماً با فرکانس افزایش می دهد:
A_v = -2 * π * f * C * R_f.
این فرمول یک نقطه بحرانی را آشکار می کند: به عنوان فرکانس سیگنال ورودی:افزايش ميده، نتيجه مدارا_ورند) بدون محدوديت افزايش ميده📈این نسخه به دست آوردن افزایش ۲۰ دی بی در دهه امضای نظری یک تفاوت کننده است.
با این حال، مدارهای دنیای واقعی غیرمنتظره یا پهنای باند ندارند. مدل ایده آل سریع وقتی با واقعیت فیزیکی روبرو میشه به سرعت از بین میره. چندين عامل باعث اين انحراف ميشه
| ویژه | تفاوت دهندۀ منظری | تفاوت دهنده جهان واقعی |
|---|---|---|
| سودمند فرکانس بالا | بی نهایت افزایش میده | محدود با Op-amp GBW |
| پایداری | تصمیم گرفته شده | ناپایداری |
| صدا | نگاه نشده | صدای فرکانس بالا |
| زمان پاسخ | فوری | با نرخ کشتن اوپ-آم محدوده |
عملياتيپهنای باند و محدودیتهای نرخ کش. آنها نمی توانند بلافاصله به سیگنال های سریع پاسخ دهند، و سود آنها به طور طبیعی در فرکانس بالاتر کاهش می یابد. این تصادف بین نیازی برای افزایش سودمند و ناتوانی Op-amp برای فراهم کردن آن منبع اصلی دردسر است .بله
نقش GBW در صدا و صدا
محصول اپ-مپ باند پهنایی (GBW) واکنش بازش را تعریف می کند، که معمولاً در دهه ي -20 ... ناپایداری در یک پردازش تفکیک کننده ی اپ amp رخ می دهد جایی که بیست هفته به دست آوردن دریافت شرایط 20 dB / دهه به تقاطع رسیده است. منحني زياده
اين تقاطع بهش معروفهنرخ بستن. برای یک تفاوت کننده، نرخ بسته شدن هست۴۰ نقطه بی/ دهه( 20 dB از تفاوت کننده و -20 dB از Op-amp. این تغییر سریع در سود یک نشانه هشدار آشکار از ناپایداری است .
نکته ی پایداری:یک نرخ بسته ی -40 dB/ دهه در یک نقشه بود نشان می دهد که تغییر فاز به ۱۸۰ درجه نزدیک می شود. وقتی تغییر فاز به ۱۸۰ درجه رسید، بازخورد منفی تبدیل به بازخورد مثبت می شود، و مدار نوسان می شود. یک مدار پایدار باید نرخ بسته شدن -20 dB/ دهه در فرکانس اتحاد دریافت کند.
این ناپایداری به دو راه مخرب آشکار می شود:
- تکمیل نوفه:سود بالای مدار در فرکانس بالا آن را به یک پردازش قدرتمند تبدیل می کند. هر صداي فرکانس بالايي از انرژي، محيط يا مرحله ي قبلي بيشتر ميشه اغلب سيگنال مورد نظر رو غرق ميکنه
- آشغال:تغییر مرحله بیش از حد توسط شبکه بازخوردگی معرفی شده و خود Op-amp شرایط عالی برای نوسانی ایجاد می کند. مدار شروع به توليد سيگنال فرکانس بالاي خودش ميکنه و کاملاً بي فايده تبديل ميشه
چندین عوامل در این وضعیت ناپایدار می باشند:
- سودمند تفاوت کننده به طور ذاتی افزایش میده۶ نقطه در هر اکتاو(یا 20 دی بی/ دهه)
- شبکه بازخورد یک فاز 90 درجه معرفی می کند.
- یکی از افزایش پایگاه درونی خود را اضافه می کند و کلی به نقطه ی بحرانی ۱۸۰ درجه اضافه می کند.
- فاکتورهای خارجی مانند بارگذاری ظرفیتی از یک پرونده نوسکوپ می تواند مشکل را بدتر کند.
بالاخره نادیده گرفتن تعامل بین پروفایل سود تفاوت کننده و GBW Op-amp یک مدار غیر عملکردی تضمین میکنه بيشتر شبيه ونوسانهبهتر از يه استفاده کننده
راه انداختن مسابقه ي تفاوت
برای جلوگیری از ناپایداری، طراح باید سود آزمایش پر از فرکانس بالا را رام کند یک مجموعه از تکنیک هایی که عمدا پهنای باند مدار را محدود می کند، به دست آورد. با اضافه کردن یک مقاومت یا یک کاپیکتور (یا هر دو) طراح می تواند در فرکانس های بالاتر پاسخ دریافت کند. این اطمینان می دهد که یک نرخ پایداری از بسته شدن با رشته های بازی ، جلوگیری از نوسانی و کاهش صداها.
روش ۱: افزودن یک مقاومت ورودی) _in (
ساده ترین راه برای تثبیت تشکیل کننده ی اپ amp اینه که یک مقاومت اضافه کنی_رفتن، در سري با کاپيتر وروديC. این اضافه کوچک اساساً تغییر میدهمداریرفتار در فرکانس بالا.
مقاوم_رفتنو کاپیکتورCبا هم کار کنيد تا يک صفر رو به عملکرد انتقال مدار معرفي کنيد این صفر واکنش نشون می دهد، تا حدود 20 دی بی بی/ دهه هاش رو متوقف میکنه.
- فرکانس صفر) fz:فرکانسی که سود شروع به نقاشی میکنه از طریق تعیین میشه
_رفتنو..C.F_z = 1 / (2 * π * R_in * C)
در فرکانس های زیر_Z،پيشنهاد زياده و مدار مثل يک تفاوت کننده طبيعي عمل ميکنه همينطور که فرکانس نزديک ميشه و ازش بيشتر ميشه_Z، حمله ي کاپيتان افتاده_رفتنشروع به تسلط ميکنه سطح به دست آوردن مدار بسته، به ارزش ثابت نزديک ميشه_چشمه.
چگونگی _پایداری ایجاد می کند:افزودنی
_رفتنمعرفیتغییر مرحله مثبت تا 90 درجه. این "فزایش فاز" تغییر فاز منفی را از شبکه ی Op-amp و بازخورد جلوگیری می کند. با دور کردن مرحله ي اصلي از نقطه ي 180 درجه ،_رفتنبه طور قابل توجهی حاشیه مدار رو بهبود میده و جلوگیری از نوسانی جلوگیری میکنه
نقشه بود زیر این اثر را نمایش می دهد. و بهره اى بى نياز است، هدايت به يک دهه ي -40 dB / دهه بسته شدن زماني که با ضربه ي ضربه ي باز اپ-مپ مواجه ميشه. افزودنی_رفتن( خط محکم) یک "kink" رو معرفی میکنه_Z، منفعت رو صاف ميکنه و اطمينان ميزان پايدار -20 dB/ دهه بسته شده این تغییرات همچنین صدای فرکانس بالا را محدود می کند_Z.
روش ۲: افزودن یک دستور بازگشت (C_f)
يک روش هاي موثري ديگه يکي از ظرف هاي کوچيک هست_رفتدر مورد مقاومت بازخوردچرا. این تکنیک یک قطب در حلقه بازخورد را معرفی می کند که مستقیماً بهره ی فرکانس بالای مدار محدود می کند.
این قطب جدید به طور فعالی به طور موثر کنسل کردن تغيير دهنده ي 20 دقيقه ي دهه
- فرکانس قطبی) fp:فرکانسی که شروع به چرخش به آن می شود بر اساس تنظیم شده است
چراو.._رفت.F_p = 1 / (2 * π * R_f * C_f )
در فرکانس های زیر_ری. . ._رفتزیبایی زیادی دارد و هیچ تأثیری نداردمداری. انفجار به عنوان یک تفاوت کننده استاندارد عمل می کند. وقتي فرکانس گذشته_ری. . ._رفتکاهش می یابد یک مسیر پایین در حلقه بازخورد این باعث می شود که منفعت مدار کاهش یافته و تشکیل دهنده را به یک انتکارگر در فرکانس بسیار بالا تبدیل کند.
این روش در کاهش صداها بسیار مؤثر است. با ایجاد یک پایین گذر در مسیر بازخورد اون به صورت پرخاشگرانه صداهاي فرکانس بالايي رو تغيير ميده رسم بود زیر نشان می دهد که چگونه اضافه شدن_رفتیک قطبی ایجاد می کند که صفر تشکیل دهنده را لغو می کند و نتیجه یک پاسخ به دست آوردن در فرکانس تقاطع
روش _چارن و C_f ترکیب شده
برای حداکثر ثبات و کنترل صدا، طراحان اغلب هر دو روش را ترکیب می کنند. استفاده از هر دو مقاومت ورودی (_رفتن) و یک بازخورد بازخورد_رفتدو نقطه متفاوت از کنترل بر روی واکنش فرکانس مدار فراهم می کند. این قوی ترین روش برای ساختن یک تفاوت کننده قابل اعتماد و جهان واقعی است.
این تکنیک ترکیب شده هم یک قطب صفر و هم یک قطب را معرفی می کند:
- فرکانس صفر) fz:
F_z = 1 / (2 * π * R_in * C) - فرکانس قطبی) fp:
F_p = 1 / (2 * π * R_f * C_f )
معمولاً طراح فرکانس صفر را تنظیم می کند (_Z) پیش از فرکانس قطب رخ می دهد (_ری. . این یک گروه فرکانس خاصی را ایجاد می کند که در آن سودمند قبل از اینکه شروع به روشنی شروع کند
| مرحله جبرانی | گسترۀ فرکانسی | رفتار دستیابی |
|---|---|---|
| تفاوت دهنده | اف | طلوع در ۲۰ دی بی/ دهه |
| گیرندۀ صاف) تشکیل کننده ( | F_z | سود ثابتی_چشمه |
| ثبت نام) راه اندازی ( | F > f_p | آبشار در -20 نقطه |
این واکنش چند مرحله بهترین هر دو جهان را فراهم می کند. مدار سيگنال ها رو در پهناي باند هدفش تغيير ميده و صداي فرکانس بالا رو رد ميکنه و با اطمینان می دهد که نرخ بسته با سود اوپ-مپ همیشه -20 dB/ دهه است. روش ترکیب شده کنترل دقیق را ارائه می دهد که آن را انتخاب ترجیح می دهد برای برنامه های برتری است.
طرح عملی و گزینش مؤلفه
تئوري پايه رو فراهم ميکنهطراحی عملی نیاز به قدم های محکم استو انتخاب هاي باهوشي طراح باید مفاهیم ثباتی را به مدار کاری ترجمه کند کارت
طراحی مجازات مرحله به گام
ساختن یک تشکیل دهنده ی پایدار اپ Amp یک روش روشی برای انتخاب مؤلفی شامل می شود. هدف اينه کهتعریف یک گسترۀ فرکانس برای تفاوت در هنگام اطمینان ثبات در فرکانس های بالاتر. یک طراح می تواند این گام ها را برای طراحی یک پرداخت محکم ترکیبی را دنبال کند:
- تعریف فرکانس هدف (
افسانه): برگزیدن بالاترین فرکانس سیگنال ورودی که نیازمند تفاوت دارد. - تنظیم مؤلفه های هسته (
چراو..C): انتخاب یک مقدار اولیه برای کازیر ورودیCاغلب حدود 1 اف. سپس ، مقاومت بازگشت را محاسبه کنیدچرابا استفاده از فرمول:R_f = 1 / (2 * π * fa * C). - تنظیم فرکانس قطبی (
_ری): انتخاب یک فرکانس قرل_ریحداقل ده برابر بالاتر از اينهافسانه!F_p ≥ ۱۰ * فان. . این فرکانس نشون میده جایی که به دست آوردن مدار شروع می کنه - محاسبه مقادیر قرار دادن: استفاده از فرکانس قطب برای یافتن کاپزیر بازخورد
_رفتبا فرمول:C_f = 1 / (2 * π * f_p * R_f ). برای اطمینان ثبات ، تنظیم مقایسه ورودی_رفتنتا شرایط را اطمینان کنید_تخم * C = R_f * C_f.
نکته طراحی:همیشه محاسبه شدهولتاژ خروجی در محدوده عملیات خطی Op-amp باقی می ماند. در صورتی که خروجی انتظار داشته باشد، یک طراح ممکن است نیاز به تنظیم مقادیر مؤلفی یا اضافه کننده سیگنال ورودی را اضافه کند.
انتخاب Op- Amp
ویژگی های آن قلب مدار است و مشخصات آن حیاتی است. در حالی که GBW یک نگرانی اصلی است، پارامترهای دیگر نیز تاثیر می گذارند.
- پایداره: Op-amp باید بدون معرفی تغییر مرحله بیش از حد استفاده شود.
- ورودی و خروجیاین ویژگی ها تاثیر می گذارند که چگونگی تعادل با منبع و بار اثر می باشد.
- پهنای باند در مقابل ثباتی:به ثبات بالا اغلب نیاز به سازش دارد . یک Op-amp با یک حاشیه فاز بالا ممکن است پهنای باند کمتر داشته باشد که استفاده خود را در کاربردهای فرکانسی بالا محدود کند.
سریع اپ های سریع با یک GBW بالا برای نیازهای صدای پایین بسیار عالی هستند ولی چالش های پایداری وجود دارد. سرعت اونا باعث ميشه که اونا به زبون بيشتر نفوذ کنناین طراحی جبران می تواند پیچیده باشد و اغلب نیاز به شبیه سازی برای کامل دارد.برای کاربردهایی که به پهنای باند بسیار بالا نیاز دارند، یک قسمت مانند LTC6409 یک انتخاب قوی است به دلیل صداهای پایین و ثبات اتحاد است. برای طرح های پیچیده، همکاری با یک راه حل ها می تواند مفید باشد. مثلاًنواشرکت تکنولوژی (HK) محیط، یک شریک راه حل های هیسیلیکان معروف، تخصصی در انتخاب اجزای انتخاب و یکپارچه سیستم ارائه می دهد.
یک طراح باید محصول غیرضروری (GBW) را درک کند. ناپایداری و صدا در یک تفاوت کننده نتایج قابل پیش بینی از تعامل آن با محدوده های فیزیکی Op-amp هستند.
پنجوایی یک قدم اختیاری نیست طراحی تفاوت کننده عملکردی نیاز به یک مقاومت ورودی دارد
_رفتن) و یک بازخورد بازخورد_رفتتا اطمينان داشته باشه
استعداد این رابطه بین GBW و جبران کلیدی است. به طراح اجازه می دهد که از یک نمودار تئوری به یک پایدار، قابل اعتماد و پایین صدا نقل مکان کند.
FAQ
چرا تغيير دهنده من نوسان ميکنه؟
سود یک تفاوت کننده به طور طبیعی با فرکانس بالا میره يه اُمپ افتاده جایی که این دو پاسخ روبرو میشه، تغییر سریع باعث ناپایداری میشه بازخورد منفی مدار بطور موثر تبدیل به بازخورد مثبت میشود و مجبورش می کندنوسانیبا فرکانس بالا.
پذیرای آر سی چیکار میکنه؟
پنجوایی انجام بهره ی فرکانس بالا رو محدود می کنه طراح یک مقاومت را اضافه می کند (_رفتن) و یک کاپیکر_رفت. . اين قسمت ها واکنش به دست آوردن، جلوگيري از نوساني، و صداي فرکانس بالا ناخواسته رو رد ميکنن.🔊این مدار پایدار و مفید است.
چرا از یک مقاومت ورودی استفاده کنیم و هم از یک بازخورد بازخورد استفاده کنیم؟
این روش ترکیب شده حداکثر کنترل رو پیشنهاد میکنه مقاوم ورودی_رفتنسودش رو صاف ميکنه کازینه بازگشتی_رفتبا فرکانس هاي بالاتر از اين قطع ميشه این رویکرد دو قدم پایدار ترین طراحی و بهترین رد صدا را فراهم می کند.
چگونه GBW باعث ناپایداری میشه؟
محصول فیزیکی (GBW) محدودیت های فیزیکی خود را تعریف می کند. سود ایده آل یک تفاوت کننده برای همیشه افزایش میده ولی یک اومپ واقعی نمی تواند این را حمایت کند. درگیری بین مدار ایده آل و GBW واقعی منجر به ناپایداری می شود.
