O que o parâmetro "margem de fase" de um opamp implica?

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Eu estava lendo a folha de dados do MCP6072 . Eu vi um parâmetro chamado "margem de fase" (tabela 1-2, página 4). Até onde eu sei, "margem de fase" é um termo de engenharia de controle e implica a diferença de fase entre entrada e saída quando o ganho é uma unidade. Não compreendo o significado desse termo na terminologia opamp. A margem de fase típica desse opamp é de 57 o . O que isso significa?

operational-amplifier terminology phase-margin hkBattousai
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Respostas:

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A margem de fase PM é uma medida para a estabilidade de um sistema com feedback. E, assim, também se aplica aos amplificadores operacionais. O PM é definido para o LOOP GAIN do sistema - isso significa: abrir o loop em um nó adequado e medir / simular o ganho e a fase ao redor do loop completo. Então, o PM é a DIFERENÇA entre a fase medida e -360 graus (que significa: A "distância" da condição de oscilação, feedback positivo) na frequência que fornece ganho de loop de unidade. Sem considerar a inversão de fase na entrada inversora, o PM é a "distância" a -180 graus.

Agora, para um opamp, a situação mais crítica surge para 100% de feedback (operação de ganho de unidade). Nesse caso, o fator de feedback é a unidade e o ganho do loop é idêntico ao ganho de loop aberto Ao do opamp. Normalmente, apenas essa condição é usada para especificar o PM na folha de dados do opamp.

Resumo: O PM dado para um opamp é a DIFERENÇA entre a mudança de fase do opamp e -180 graus na frequência de ganho da unidade.

LvW
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Um amplificador operacional é um "sistema de controle" e a margem da fase é definida como a diferença de -180 graus da fase da função de transferência de malha aberta quando a magnitude é a unidade. Isso permite prever a estabilidade e a resposta do sistema quando você fecha o loop com uma determinada quantidade de feedback.

Um amplificador operacional é tipicamente compensado com um polo dominante; portanto, a função de transferência é aproximadamente Ao / (1 + s / wo), onde wo é a frequência do polo dominante e Ao é o ganho DC- Isso implica em uma margem de fase de 90 graus. Na prática, o Ft dos transistores causa mudança de fase adicional e o polo dominante é definido para que o cruzamento de 0dB ocorra com margem de fase razoável.

John D
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O @VladimirCravero LvW está certo, não é a rede de feedback, é toda a função de transferência de malha aberta. Em uma folha de dados, eles não sabem o que você deseja envolver em um amplificador operacional; portanto, especificam a margem de fase da função de transferência de malha aberta do próprio amplificador. Faça dela um buffer de ganho de unidade e você conhecerá a margem da fase. O feedback resistivo puro para obter mais ganho será mais estável do que isso, ou seja, o número da folha de dados é o pior caso na operação "normal". (Embora há uma abundância de situações como cargas capacitivas que podem causar problemas.)
John D
A função de transferência OL de um opamp caracterizado por um polo dominante possui uma margem de fase que é praticamente 90 °. Você tem seu pólo em alguns Hz, cruza o 0db em cerca de 100kHz, para que a fase seja 90 ° para todos os fins práticos. Se você fechar o loop e , o polo mudará muito perto da frequência de ganho da unidade e a margem da fase diminuirá. β=1
Vladimir Cravero
@VladimirCravero Eu discordo, se eles cruzarem a unidade na margem de fase de 90 graus (pela colocação do polo dominante), eles estão perdendo a largura de banda. Normalmente eles cruzariam a unidade em uma margem de fase um pouco menor, mas ainda aceitável, como 60 graus. Então, com um fator de realimentação de unidade, a margem de fase do sistema é a margem de fase da característica de loop aberto do amplificador operacional e a largura de banda (pólo de loop fechado) se move para o cruzamento de loop aberto.
John D
@ JohnD Não acredito que estamos discutindo isso, acho que estamos dizendo a mesma coisa de duas maneiras diferentes. Como um pólo que está 4 ou 5 décadas antes da unidade ganhar frequência afeta sua fase? seria algo como arctan (10 ^ 4) que é algo como 99,99% de 90 ° ... Talvez você esteja sugerindo que existem outros polos após a frequência de ganho da unidade?
Vladimir Cravero
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Eu acho que você é tecnicamente certo para um amplificador operacional, embora com sistemas gerais de controle de feedback eu ouça (e uso) o termo "ganho de malha aberta" para todo o sistema, incluindo feedback, e os gráficos Bode para análise de estabilidade geralmente são intitulados " ganho e fase de malha aberta ". Um amplificador operacional possui um "ganho de malha aberta" mais definido na folha de dados; portanto, talvez o termo "ganho de malha" seja mais apropriado para esse caso. Obrigado!
John D
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Margem de fase é a quantidade de margem de mudança de fase com ganho de unidade que pode causar instabilidade ou oscilação.

90 graus é o ideal teórico, 0 é NG, 45 graus terá alguma ultrapassagem, 60 graus é uma solução prática. A margem da fase mostra a troca entre o tempo de subida e o excedente.


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Os amplificadores operacionais são usados ​​com feedback, isso possibilita a oscilação, o que é ruim, a menos que você esteja projetando um oscilador!

A margem da fase basicamente indica o quão estável é o amplificador operacional, ou seja, a distância do ângulo de fase do ponto de oscilação, na pior das hipóteses de configuração do ganho da unidade.

A adição de capacitância dispersa de entrada e saída, mas principalmente capacitância de carga, pode causar uma mudança de fase que reduz a margem de estabilidade.

Normalmente, um pequeno resistor é adicionado à saída para compensar uma carga capacitiva "grande", mas é claro que isso reduz o ganho efetivo. A capacitância de entrada geralmente é menos problemática, mas também pode ser compensada.

Muitos amplificadores operacionais são compensados ​​internamente por condições típicas de uso, mas nem todos são.

Dave Null
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