Stabilnośc pracy wzmacniaczy operacyjnych


Michał Stolarczyk

Wydział Transportu

kierunek elektrotechnika

Pytanie nr 5: Omówić warunki stabilnej pracy wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym, scharakteryzować metody kompensacji częstotliwościowej.

STABILNOŚĆ PRACY WZMACNIACZA OPERACYJNEGO

Wzmacniacze operacyjne pracują zwykle z silnym ujemnym sprzężeniem zwrotnym, które poprawia niektóre właściwości układu, lecz jednocześnie powoduje niebezpieczeństwo powstania niestabilności. Układ sprzężenia zwrotnego ma najczęściej charakter rezystywny, jednak wpływ pojemności wewnętrznych powoduje, szczególnie w zakresie dużych częstotliwości, powstanie zmian przesunięcia fazowego, które mogą zmienić charakter sprzężenia zwrotnego na dodatnie i wywołać wzrost wzmocnienia nawet do nieskończoności. Układ wzmacniacza staje się wtedy niestabilny, generuje drgania inicjowane szumami i przechodzi na przemian z jednego stanu nasycenia do drugiego.

Niestabilność układu powstaje, gdy wartość stosunku zwrotnego (czyli wzmocnienia układu w pętli otwartej) jest równa: T(jω) = Au(jω) ⋅ β(jω) = -1, co oznacza, że iloczyn modułów wzmocnienia z otwartą pętlą Au oraz transmitancji obwodu sprzężenia zwrotnego jest równy 1.

Przy analizie stabilności wygodne jest korzystanie z charakterystyk Bodego. Do określania warunków stabilności służą wykresy stosunku zwrotnego T(jω).

Najprostsze kryterium stabilności sprowadza się do warunku ωop, co oznacza, że:

  1. Przy wartości modułu stosunku zwrotnego T(jω) jest równej 0 dB przesunięcie fazy musi przyjmować wartość, która jest mniej ujemna niż - 180 stopni o pewien margines fazy: Φm = arg[Au(jω)⋅β(jω)]+180.

  2. Przy przesunięciu fazowym - 180 stopni moduł stosunku zwrotnego musi być mniejszy od 0 dB o wartość Am zwaną marginesem wzmocnienia: Am = -20lgAu(jω)⋅β(jω).

Wartości marginesów Φm i Am pozwalają ocenić stabilność układu wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym. Wzmacniacze liniowe o dobrej stabilności wymagają marginesu fazy nie mniejszego niż 45 stopni. Wynika z tego, że przesunięcie fazy przy wzmocnieniu układu w pętli otwartej o równym 0 dB powinna wynosić około - 135 stopni. Uzyskuje się wtedy płaską charakterystykę częstotliwościową i bezoscylacyjną odpowiedź impulsową układu bez obawy powstania niestabilności.

Szczególnie krytyczne warunki powstają w układzie wtórnika napięciowego. β = 1, co odpowiada 0 dB. Należy sprawdzić, jaka wartość kąta przesunięcia fazowego odpowiadająca jest Au = 0 dB. Jeżeli jest mniej ujemna niż - 180 stopni, to układ jest stabilny.

WYKRESY BODEGO MODUŁU I PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO SKOKU ZWROTNEGO T(jω):

0x08 graphic

KOMPENSACJA CHARAKTERYSTYK CZĘSTOTLIWOŚCIOWYCH

W większości wzmacniaczy operacyjnych w układach z ujemnym sprzężeniem zwrotnym konieczna jest modyfikacja charakterystyk częstotliwościowych, zapewniająca stabilność układu w określonych warunkach pracy.

Najważniejsze sposoby kompensacji charakterystyk częstotliwościowych można podzielić na trzy grupy:

  1. Kompensacja przez zmianę transmitancji β obwodu sprzężenia zwrotnego,

  2. Kompensacja przez zmianę impedancji wejściowej wzmacniacza z otwartą pętlą,

  3. Kompensacja funkcji przenoszenia wzmacniacza z otwartą pętlą.

KOMPENSACJA PRZEZ ZMIANĘ TRANSMITANCJI β OBWODU SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO:

Możliwe jest uzyskanie dobrej stabilności przez zastosowanie elementów reaktancyjnych w obwodzie ujemnego sprzężenia zwrotnego i ukształtowanie charakterystyki 1/β(jω) w taki sposób, aby jej nachylenie w stosunku do charakterystyki Au(jω) było w punkcie przecięcia mniejsze od 40 dB na dekadę. Jeśli przecięcie obu wykresów następuje w obszarze, gdzie charakterystyka Au(jω)ma nachylenie 40 dB na dekadę lub mniejsze, to można uzyskać wystarczający margines stabilności przez zastosowanie w sprzężeniu zwrotnym obwodu dolnoprzepustowego o transmitancji: β = β0/(1+jω/ωβ)

β0 - transmitancja w zakresie małej częstotliwości,

ωβ - pulsacja, przy której następuje załamanie charakterystyki transmitancji,

  1. zależność modułu wzmocnienia z otwartą pętlą Au(jω) oraz wielkości 1/β(jω) w funkcji ω,

  2. układ kompensacji o dwubiegowej funkcji β.

a) b)

0x08 graphic

KOMPENSACJA PRZEZ IMPEDANCJI WEJŚCIOWEJ WZMACNIACZA Z OTWARTĄ PĘTLĄ:

Polega na tym, że między końcówki wejściowe wzmacniacza, a więc równoległe do jego impedancji wejściowej włącza się obwód kompensacyjny (szeregowy RC). Zaletą jest to, że nie powoduje pogorszenia maksymalnej szybkości zmian napięcia wyjściowego.

0x08 graphic

Φm

- π

- π/2

T(jω)

Φ=argT(jω)

Am

ω0

Au(jω)

Au(jω)

Au(jω)

Au(jω)

- 20 dB/dek

- 20 dB/dek

- 40 dB/dek

- 40 dB/dek

1/β(jω)

1/β(jω)

- 60 dB/dek

ω1 ω2ωβ ω3 ω

ω1 ωβ1 ω2ωβ2 ω3 ω

Au(jω)

Au(jω)

Au'(jω)



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Elektronika- Podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych, Wydz. Elek-tryczny
Elektronika- PARAMETRY I PODSTAWOWE UKŁADY PRACY WZMACNIACZA OPERACYJNEGO.DOC, LABORATORIUM Z ELEKTR
Cw Podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych
Podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych
E 26 - Prostowniki i stabilizatory napiecia, Prawie wszystkie układy elektroniczne, począwszy od pro
Elektronika- Podstawowe układy pracy wzmacnia-czy operacyjnych.DOC, Wydz. Elek-tryczny_
Sprawozdanie ćw4 Wzmacniacz operacyjny, podst ukł pracy
Wzmacniacz operacyjny, podstawowe układy pracy – nieodwracający i wtórnik doc
Sprzężenie zwrotne, wzmacniacze operacyjne
Wzmacniacz operacyjny 1
Wzmacniacz operacyjny zastosowanie liniowe
podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych
4 WZMACNIACZE OPERACYJNE UKLAD Nieznany
LAB POD ELEKTRONIKI RD instrukcja wzmacniacz operacyjny
CW 8 Wzmacniacz operacyjny id 1 Nieznany
Wzmacniacz Operacyjny 2.5, Akademia Morska Szczecin Nawigacja, uczelnia, AM, AM, nie kasować tego!!!

więcej podobnych podstron