Individuelle Phasenverschiebung durch Op-Amp in Closed-Loop-Konfiguration

Beim Vergleich des Eingangs und Ausgangs des Operationsverstärkers allein ( V id1- V id2 und V o und nicht V supply und V o) in einer Konfiguration mit geschlossenem Regelkreis beträgt die Phasenverschiebung nur 90 Grad? Warum ist es so? Und die Simulation zeigt, dass es 90 Grad ist! Die weiße Wellenform ist der Eingang des Operationsverstärkers (V-Diff) und die rote Wellenform wird ausgegeben.

Bedeutet dies, dass der Operationsverstärker mit geschlossenem Regelkreis einzeln nur eine Phasendifferenz von 90 Grad ergibt? Wenn ja, welcher Teil der externen Schaltung ergibt die verbleibenden 90 Grad, um die bekannte experimentelle Tatsache zu erfüllen, dass die Gesamtphasenverschiebung in einer invertierenden Konfiguration mit geschlossenem Regelkreis 180 beträgt.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Und das Schaltbild der Umsetzung:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sieht nach einem Fehler aus. Was ist ein XSC2?
XSC2 ist das Oszilloskop, das in der Simulationssoftware Multisim von National Instrument verfügbar ist.
Die Ausgabe des Oszilloskops ist der schwarze Screenshot, der der Frage beigefügt ist.
Du misst die falsche Spannung. Der Eingang zu einem invertierenden Verstärker ist die Spannung vor Rf1. Das ist auch der Grund, warum Ihre Amplituden so stark unterschiedlich sind, obwohl Sie eine Verstärkung von 1 haben.
@JLo Ich möchte die Phasenverschiebung nur des einzelnen Eingangs und Ausgangs des Operationsverstärkers überprüfen
@G36 Wenn ja, wie ergibt das gesamte System des geschlossenen Regelkreises einen Ausgang mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad (Vsupply vs Vout)
1 kHz liegt weit über der dominanten Polfrequenz, siehe hier electronic.stackexchange.com/questions/161401/… bei Open Loop Gain vs Phase
@ G36 Danke für die Idee des Phasenbereichs mit offener Schleife ... aber wenn wir die Phasenverschiebung zwischen V1 (Versorgung) und Vo vergleichen ... es ist 180 Grad !! Welcher Teil der externen Schaltung gab diese zusätzliche 90-Grad-Phase abgesehen von op Verstärker um 90 Grad verschoben
V1 zu Vo ist keine 180-Grad-Phasenverschiebung. Es ist eine Signalumkehrung. Es gibt keine "zusätzlichen" 90 Grad. Je früher Sie aufhören, an eine Signalinversion als 180-Grad-Phasenverschiebung zu denken, desto eher wird dies für Sie sinnvoll sein. Die Phasenverschiebung erfordert reaktive Komponenten (Kondensatoren und Induktivitäten) und impliziert, dass das Signal durch diese Reaktanzen verzögert wird, um seine Phase zeitlich zu verschieben . Eine einfache invertierende Operationsverstärkerschaltung tut dies nicht.
@brhans Warum wird diese 90-Grad-Phasenverschiebung des Operationsverstärkers im invertierenden Verstärker mit offener Schleife nicht im Ausgang, sondern nur im invertierenden Verstärker mit geschlossener Schleife gesehen? (in beiden Fällen spricht man von Vid vs. Vo)
Die Gegenkopplung kümmert sich um diese Phasenverschiebung. Deshalb sehen wir es nicht am Ausgang.
@ G36 Ja. Wenn dies der Fall ist, dann sollte der invertierende Verstärker mit offener Schleife eine 90-Grad-Phasenverschiebung des Ausgangs in Bezug auf das Konzept des dominierten Pols zeigen ... Aber sie invertieren nur den Eingang ... was passiert ist Eigenschaften von 90 Phasenverschiebung des Operationsverstärkers ...
Zeichnen Sie einfach |Vout| - |Vein| und Sie sehen das Signal, das am Eingang des Operationsverstärkers anliegt. Und werden sehen, dass der Operationsverstärker selbst über eine Rückkopplungsschleife diese Phasenverschiebung korrigiert. Sie können die Eingangssignalfrequenz auf 10 Hz senken und Sie werden sehen, dass sich die Phasenverschiebung auf etwa 45 Grad ändert (dominanter Pol im Operationsverstärker liegt bei etwa 10 Hz).
Sie sollten in der Lage sein, dies anhand der Open-Loop-Verstärkung und des GBW-Produkts für den 741 herauszufinden. Ich sehe, dass die Bereichsverstärkung 1 Vp / 1 mVp = 1e3 und f = 1 kHz beträgt, also GBW = 1e6 und die interne Kompensation normalerweise etwa 10 Hz beträgt, also wissen wir 2 Jahrzehnte zurück LPF, dass die Phasenverzögerung 90 Grad beträgt, also muss der Eingang bei Vin (-) 90 Grad Phasenvoreilung sein, um einen invertierten Ausgang mit Verstärkung = 1 zu geben. was ergibt eine Netzphase von ?? um +90 oder -270 herauszufinden?
@TonyStewart.EEsince'75 Ich bin erst im zweiten Jahr Btech-Student von EEE. Kannst du es bitte klarer machen. Ihnen zu danken.

Antworten (2)

Ein Operationsverstärker mit offenem Regelkreis hat eine extrem hohe Verstärkung und da die meisten Operationsverstärker stabil sein müssen, wenn sie mit Einheitsverstärkung (mit voller negativer Rückkopplung) betrieben werden, ist intern eine sogenannte "Kompensation" in den Verstärker eingebaut. Für den LM324 ist es die Komponente im roten Kasten unten: -

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Cc ist nicht sehr groß (einige pF), aber es lässt die Open-Loop-Reaktion so erscheinen, als würde sie von einem idealen Operationsverstärker-Integrator erhalten. Cc ist die dominierende Komponente, die die Verstärkung beeinflusst, die von der DC-Verstärkung (mehrere hunderttausend bis eine Million oder mehr) auf eins bei einer Frequenz von mehreren hunderttausend kHz bis zu einem MHz oder mehr abnimmt. Ein anständiges Bild der Open-Loop-Verstärkung und des Phasengangs eines anderen Operationsverstärkers ist dies vom TL081: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ziemlich oberhalb einer Frequenz von 10 Hz hat es den charakteristischen Frequenzabfall von 6 dB/Oktave (oder 20 dB/Dekade), und wenn die Frequenz etwas über 1 MHz erreicht, ist die Verstärkung "linear" auf Eins gefallen.

Genau das würden Sie von einem Integrator bekommen. Nehmen wir also an, Sie hatten einen perfekten Operationsverstärker und entschieden sich, einen "unvollkommenen" Operationsverstärker (oder Integrator) zu bauen. Sie hätten einen Eingangswiderstand und einen Rückkopplungskondensator wie folgt: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ebenfalls gezeigt ist ein Rückkopplungswiderstand (parallel zu C), so dass er die Größe der DC-Open-Loop-Verstärkung (R2/R1) "modelliert". Von DC bis zu einigen Hz sind die dominierenden Komponenten R1 und R2, aber allmählich beginnt C, mehr Einfluss zu haben, und dies verschiebt die Phasenverschiebung von Null auf das, was wir von einem Integrator erwarten würden (90 Grad).

Stellen Sie sich also vor, dass R2 viel, viel niedriger wäre (wie bei einem typischen Rückkopplungswiderstand in einem Regelkreisverstärker) und fragen Sie sich, bei welcher Frequenz die Phasenverschiebung beginnt, sich auf 90 Grad zuzubewegen. Es wäre viel, viel höher. Mit anderen Worten, wenn R2 die Impedanz von C (oder Cc) dominiert, ist die Phasenverschiebung so, wie Sie es von einer invertierenden Operationsverstärkerkonfiguration erwarten würden.

@VKJ - bist du mit dieser Antwort zufrieden oder brauchst du eine Klärung?

Hier ist die Open-Loop-Antwort

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Das hat Ihr Simulationsaufbau gemessen.

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