Wie in Opamp-Datenblättern erwähnt, wie in diesem . Ich würde denken, dass die Stabilität bei höheren Verstärkungen aufgrund von Oszillationen ein Problem ist. Was sind die Probleme mit Einheitsgewinn?
Die Stabilität hängt nicht nur von der Verstärkung ab, sondern auch von der Phase. Wenn ein invertierender Verstärker eine Phasenverschiebung von 180° hat, beträgt die gesamte Phasenverschiebung 360°, und eines der Barkhausen-Kriterien für Oszillation ist erfüllt.
Verstärker unterscheiden sich in ihrer Fähigkeit, stabil zu sein, selbst wenn die externe Schaltung optimal ist. Um das Stabilitätspotential für einen bestimmten Verstärkertyp zu bewerten, sind grafische Daten sowohl für "Verstärkung vs. Frequenz" als auch "Phase vs. Frequenz" des Open-Loop-Verstärkers erforderlich. Wenn der Phasengang !180E bei einer Frequenz aufweist, bei der die Verstärkung über Eins liegt, wird die negative Rückkopplung zu einer positiven Rückkopplung und der Verstärker wird tatsächlich eine Schwingung aushalten. Selbst wenn die Phasenverzögerung kleiner als !180E ist und keine anhaltende Schwingung vorhanden ist, kommt es zu Überschwingern und der Möglichkeit von Schwingungsausbrüchen, die durch externe Rauschquellen ausgelöst werden, wenn der Phasengang nicht für alle Frequenzen "ausreichend kleiner" als -180° ist wo die Verstärkung über Eins liegt. Das „ausreichend weniger“. Wenn der Phasengang –135° beträgt, beträgt der Phasenspielraum 45° (der Betrag „weniger als“ –180°). Tatsächlich muss der interessierende Phasenspielraum zum Bewerten des Stabilitätspotentials auch den Phasengang der Rückkopplungsschaltung umfassen . Wenn dieser kombinierte Phasenspielraum 45° oder mehr beträgt, ist der Verstärker ziemlich stabil. Die 45°-Zahl ist ein "Faustregel"-Wert und ein größerer Phasenspielraum führt zu noch besserer Stabilität und weniger Überschwingen.
Oft, aber nicht immer, liegt der niedrigste Phasenspielraum bei der höchsten Frequenz, die eine Verstärkung über Eins hat; weil es unabhängig von der Frequenz immer eine gewisse Verzögerung gibt, die bei höheren Frequenzen mehr Grade darstellt. Ein Verstärker mit einem Phasenabstand von 45E bei der höheren Frequenz der offenen Schleifenverstärkung von Eins wird als "Stabilität der Verstärkung von Eins" bezeichnet. Optional können die meisten Verstärkertypen für die Einheitsverstärkungsstabilität kompensiert werden, wobei einige Einbußen bei der Anstiegsgeschwindigkeit oder dem Hochfrequenzrauschen hinzunehmen sind. Wenn der Stabilität hohe Priorität eingeräumt wird, muss ein Kompromiss eingegangen werden. Unity Gain Stable bedeutet stabilen Betrieb bei der niedrigsten Closed-Loop-Verstärkung, wo die Stabilität normalerweise am schlechtesten ist.
(von hier )
Weiterführende Literatur
Warum ist Unity-Feedback am schwierigsten für die Stabilität?
Einheitsverstärkung wird erreicht, indem 100% Rückkopplung auf einen Verstärker mit hoher Verstärkung angewendet wird. Zwischen Eingang und Ausgang tritt eine Phasenverschiebung auf, und es tritt eine Oszillation auf, wenn die Phasenverschiebung bei einer beliebigen Frequenz, bei der die Verstärkung im offenen Regelkreis größer als Eins ist, 180 Grad erreicht oder überschreitet (tatsächlich immer in der Praxis bei einem Frequenzbereich).
Die Situation mit hoher Rückkopplung bei Einheitsverstärkung ist ungefähr die schwierigste, in der zu vermeiden ist, dass eine Frequenz (normalerweise am oberen Ende des Antwortbereichs) eine Phasenverschiebung von 180 Grad aufweist.
In der Praxis ist "nur weniger als 180 Grad" nicht gut genug, da Verstärker, die sich einer Oszillation nähern, "klingeln" und bei schnellen Flanken oder bei Signalen mit höheren Frequenzkomponenten ein unerwünschtes Einschwingverhalten erzeugen. Daher ist ein gewisses Maß an "Phasenspielraum" erforderlich, damit die Phasenverschiebung über das System hinweg bei allen auftretenden Frequenzen deutlich von 180 Grad entfernt ist, um den Verstärker von Bereichen fernzuhalten, in denen er beginnt, sich schlecht zu verhalten.
Nützlich Jensen AN001 - Einige Tipps zur Stabilisierung von Operationsverstärkern
Negatives Feedback stabilisiert Verstärker, während positives Feedback sie destabilisiert.
Aufgrund parasitärer Widerstände und Kapazitäten wirkt ein Verstärker unweigerlich als Tiefpassfilter. Das bedeutet, dass zusätzlich zur Dämpfung eine Phasenverschiebung auftritt. Je mehr Stufen ein Verstärker hat, desto mehr Potenzial gibt es für Phasenverschiebungen.
Der Frequenzgang eines Verstärkers mit zwei oder mehr Stufen (dh so ziemlich alle Operationsverstärker) enthält mehrere Grenzfrequenzen. Um jede Break-Frequenz herum nimmt die Phasenverschiebung zu. Nach der ersten Unterbrechungsfrequenz gibt es ungefähr 90 Grad Phasenverschiebung, nach der zweiten Unterbrechungsfrequenz gibt es ungefähr 180 Grad Phasenverschiebung (und so weiter, aber wir interessieren uns wirklich nur für die ersten beiden).
Eine 180-Grad-Phasenverschiebung verwandelt negatives Feedback in positives Feedback. Das ist ein Problem. Wenn die "Schleifenverstärkung" des Rückkopplungspfads an diesem Punkt eins oder mehr beträgt, schwingt der Verstärker.
Wir müssen unsere Verstärker also so konstruieren, dass die Verstärkung in der Rückkopplungsschleife auf weniger als eins abfällt, bevor die zweite Break-Frequenz erreicht wird. OP-AMP-Hersteller tun dies, indem sie ihren Verstärkern absichtlich Kapazität (bekannt als "Kompensation") hinzufügen, um die Frequenz des ersten Haltepunkts und damit die Verstärkung am zweiten Haltepunkt zu reduzieren. Das reduziert natürlich die Bandbreite unseres Verstärkers.
Aber die Verstärkung in der Rückkopplungsschleife hängt nicht nur vom Verstärker, sondern auch vom Rückkopplungsteiler ab. Je höher die Regelkreisverstärkung Ihres Verstärkers ist, desto niedriger ist die Verstärkung in der Rückkopplungsschleife. Der nicht invertierende Einheitsverstärkungsverstärker ist der schlechteste Fall, da er 100 % des Ausgangs an den Eingang zurückkoppelt. Daher benötigen Verstärker mit niedriger Verstärkung eine größere Kompensationskapazität als solche mit hoher Verstärkung.
Hersteller von Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärkern lassen Ihnen also die Wahl. Manchmal wird dies durch verschiedene Verstärkermodelle für Anwendungen mit niedriger und hoher Verstärkung erreicht. Manchmal (z. B. beim AD8021) wird dies durch den externen Einbau des Kompensationskondensators erreicht.
Endolith