¿Qué implica el parámetro "margen de fase" de un opamp?

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Estaba leyendo la hoja de datos de MCP6072 . Vi un parámetro llamado "margen de fase" (tabla 1-2, página 4). Hasta donde sé, "margen de fase" es un término de ingeniería de control e implica la diferencia de fase entre entrada y salida cuando la ganancia es la unidad. No entiendo el significado de este término en la terminología opamp. El margen de fase típico de este opamp se da a 57 o . Que significa eso?

operational-amplifier terminology phase-margin hkBattousai
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Respuestas:

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El margen de fase PM es una medida para la estabilidad de un sistema con retroalimentación. Y, por lo tanto, también se aplica a los amplificadores operacionales. El PM se define para la GANANCIA DE BUCLE del sistema, es decir: abra el bucle en un nodo adecuado y mida / simule la ganancia y la fase alrededor del bucle completo. Entonces, el PM es la DIFERENCIA entre la fase medida y -360 grados (eso significa: La "distancia" a la condición de oscilación, retroalimentación positiva) en la frecuencia que da ganancia de bucle de unidad. Sin tener en cuenta la inversión de fase en la entrada inversora, el PM es la "distancia" a -180 grados.

Ahora, para un opamp, la situación más crítica surge con una retroalimentación del 100% (operación de ganancia unitaria). En este caso, el factor de retroalimentación es la unidad y la ganancia de bucle es idéntica a la ganancia de bucle abierto Ao del opamp. Normalmente, solo esta condición se usa para especificar el PM en la hoja de datos del opamp.

Resumen: El PM dado para un opamp es la DIFERENCIA entre el cambio de fase del opamp y -180 grados a la frecuencia de ganancia unitaria.

LvW
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Un amplificador operacional es un "sistema de control" y el margen de fase se define como la diferencia de -180 grados de la fase de la función de transferencia de bucle abierto cuando la magnitud es la unidad. Esto le permite predecir la estabilidad y la respuesta del sistema cuando cierra el ciclo con una cantidad dada de comentarios.

Un amplificador operacional generalmente se compensa con un polo dominante, por lo que la función de transferencia es aproximadamente Ao / (1 + s / wo) donde wo es la frecuencia del polo dominante y Ao es la ganancia de CC. Esto implica un margen de fase de 90 grados. En la práctica, el Ft de los transistores provoca un cambio de fase adicional y el polo dominante se establece de modo que el cruce de 0 dB se produzca con un margen de fase razonable.

John D
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@VladimirCravero LvW tiene razón, no es la red de comentarios, es toda la función de transferencia de bucle abierto. En una hoja de datos, no pueden saber qué va a envolver alrededor de un amplificador operacional, por lo que especifican el margen de fase de la función de transferencia de bucle abierto del amplificador. Haga un búfer de ganancia de unidad y conocerá el margen de fase. La retroalimentación resistiva pura para obtener más ganancia será más estable que eso, es decir, el número de la hoja de datos es el peor de los casos en la operación "normal". (Aunque hay muchas situaciones como las cargas capacitivas que pueden causar problemas).
John D
La función de transferencia OL de un opamp caracterizado por un polo dominante tiene un margen de fase que es prácticamente 90 °. Tienes tu polo a unos pocos Hz, cruza el 0db a unos 100kHz para que la fase sea de 90 ° para todos los fines prácticos. Si cierra el bucle en su lugar, yβ=1, entonces el polo se desplaza muy cerca de la frecuencia de ganancia unitaria y el margen de fase disminuye.
Vladimir Cravero
@VladimirCravero No estoy de acuerdo, si cruzan la unidad en un margen de fase de 90 grados (al colocar el polo dominante) están renunciando al ancho de banda. Típicamente cruzarían la unidad en un margen de fase algo más bajo pero aún aceptable como 60 grados. Luego, con un factor de retroalimentación de unidad, el margen de fase del sistema ES el margen de fase de la característica de bucle abierto del amplificador operacional, y el ancho de banda (polo de bucle cerrado) se mueve hacia el cruce de bucle abierto.
John D
@JohnD No puedo creer que estemos discutiendo esto, creo que estamos diciendo lo mismo de dos maneras diferentes. ¿Cómo puede un polo que está 4 o 5 décadas antes de la frecuencia de ganancia unitaria afectar su fase? sería algo así como arctan (10 ^ 4) que es algo así como 99.99% de 90 ° ... ¿Tal vez estás insinuando que hay otros polos después de la frecuencia de ganancia unitaria?
Vladimir Cravero
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Creo que técnicamente tiene razón para un amplificador operacional, aunque con los sistemas generales de control de retroalimentación escucho (y uso) el término "ganancia de bucle abierto" para todo el sistema, incluida la retroalimentación, y los gráficos de Bode para el análisis de estabilidad generalmente se titulan " ganancia de bucle abierto y fase ". Un amplificador operacional tiene una "ganancia de bucle abierto" más definida en la hoja de datos, por lo que quizás el término "ganancia de bucle" sea más apropiado para ese caso. ¡Gracias!
John D
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Margen de fase es la cantidad de margen de cambio de fase en la ganancia unitaria que podría causar inestabilidad u oscilación.

90 grados es el teórico ideal, 0 es NG, 45 grados tendrá un exceso, 60 grados es una solución práctica. El margen de fase muestra una compensación entre el tiempo de subida y el sobreimpulso.


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Los amplificadores operacionales se usan con retroalimentación, esto hace posible que oscilen, lo cual es malo a menos que esté diseñando un oscilador.

El margen de fase básicamente establece cuán estable es el amplificador operacional, es decir, la distancia del ángulo de fase desde el punto de oscilación, en la peor configuración de ganancia unitaria.

La adición de capacitancia parásita de entrada y salida, pero especialmente la capacitancia de carga, puede causar un cambio de fase que reduce el margen de estabilidad.

Típicamente, se agrega una pequeña resistencia a la salida para compensar una carga capacitiva "grande", pero esto, por supuesto, reduce la ganancia efectiva. La capacitancia de entrada suele ser un problema menor, pero también se puede compensar.

Muchos amplificadores operacionales están compensados ​​internamente por las condiciones de uso típicas, pero no todos lo están.

Dave Null
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