"एकता-लाभ स्थिर" के बारे में क्या खास है?


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जैसा कि opamp डेटाशीट में उल्लेख किया गया है, इस तरह । मुझे लगता है कि दोलन के कारण स्थिरता अधिक लाभ की समस्या है। एकता-लाभ के साथ समस्याएं क्या हैं?


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ध्यान दें कि यह गैर-इनवर्टिंग शोर लाभ को संदर्भित करता है , जरूरी नहीं कि सिग्नल लाभ। यदि कोई ऑप-एम्प एकता-लाभ स्थिर है, तो इसे एक इनवर्टर एम्पलीफायर में उपयोग करने के लिए एकता से कम लाभ के साथ पूरी तरह से ठीक है , इसके बावजूद कि कई अन्य स्रोत क्या कहते हैं।
एंडोलिथ

जवाबों:


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स्थिरता न केवल लाभ पर निर्भर करती है, बल्कि चरण भी। यदि एक इनवर्टिंग एम्पलीफायर में 180 ° चरण की शिफ्ट कुल चरण शिफ्ट 360 ° है, और दोलन के लिए बार्कहाउज़ेन मापदंड में से एक मिला है।

एम्पलीफायरों में बाहरी सर्किटरी के इष्टतम होने पर भी उनकी क्षमता स्थिर होती है। किसी विशेष एम्पलीफायर प्रकार के लिए स्थिरता की क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए, "लूप वर्सेस फ्रीक्वेंसी" और ओपन लूप एम्पलीफायर के "फेज वर्सेस फ्रीक्वेंसी" दोनों के लिए ग्राफिक डेटा की आवश्यकता होती है। यदि चरण प्रतिक्रिया प्रदर्शित होती है! 180E एक आवृत्ति पर जहां लाभ एकता से ऊपर है, नकारात्मक प्रतिक्रिया सकारात्मक प्रतिक्रिया बन जाएगी और एम्पलीफायर वास्तव में एक दोलन बनाए रखेगा। यहां तक ​​कि अगर चरण अंतराल 180 ई से कम है और कोई निरंतर दोलन नहीं है, तो ओवरशूट होगा और बाहरी शोर स्रोतों से दोलन की संभावना बढ़ जाएगी, यदि चरण आवृत्ति सभी आवृत्तियों के लिए -180 ° से "पर्याप्त रूप से कम" नहीं है। जहां एकता के ऊपर लाभ है। "पर्याप्त रूप से कम" चरण मार्जिन । यदि चरण प्रतिक्रिया -135 ° है, तो चरण मार्जिन 45 ° (राशि "-180 ° से कम) है। दरअसल, स्थिरता क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए ब्याज के चरण मार्जिन में फीडबैक सर्किट की चरण प्रतिक्रिया भी शामिल होनी चाहिए । जब यह संयुक्त चरण मार्जिन 45 ° या अधिक है, तो एम्पलीफायर काफी स्थिर है। 45 ° संख्या "अंगूठे का नियम" मान है और अधिक से अधिक चरण मार्जिन बेहतर स्थिरता और कम ओवरशूट का उत्पादन करेगा।

अक्सर, लेकिन हमेशा नहीं, सबसे कम चरण मार्जिन उच्चतम आवृत्ति पर होता है, जिसमें एकता से ऊपर लाभ होता है; क्योंकि आवृत्ति में हमेशा कुछ विलंब होता है जो उच्चतर आवृत्तियों पर अधिक डिग्री का प्रतिनिधित्व करता है। एकता ओपन लूप गेन की उच्च आवृत्ति पर 45E चरण मार्जिन के साथ एक एम्पलीफायर को "एकता लाभ स्थिर" कहा जाता है। वैकल्पिक रूप से, अधिकांश एम्पलीफायर प्रकारों को कुछ दरों पर बलिदान दर या उच्च आवृत्ति शोर में एकता लाभ स्थिरता के लिए मुआवजा दिया जा सकता है। यदि स्थिरता को उच्च प्राथमिकता माना जाता है, तो ट्रेडऑफ बनाया जाना चाहिए। यूनिटी गेन स्टेबल का मतलब है सबसे कम बंद लूप में स्थिर संचालन जहां स्थिरता आमतौर पर सबसे खराब होती है।

( यहां से )

आगे पढ़ते हैं
कि एकता का फीडबैक स्थिरता के लिए सबसे कठिन क्यों है?


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एक उच्च लाभ एम्पलीफायर के लिए 100% प्रतिक्रिया लागू करके एकता हासिल की जाती है। इनपुट और आउटपुट के बीच चरण परिवर्तन होगा और दोलन तब होता है जब चरण परिवर्तन बराबर होता है या किसी भी आवृत्ति पर 180 डिग्री से अधिक होता है जहां ओपन लूप का लाभ एकता से अधिक होता है (वास्तव में हमेशा आवृत्तियों की एक सीमा पर।)

एकता लाभ उच्च प्रतिक्रिया की स्थिति सबसे कठिन है, जिसमें 180 डिग्री चरण बदलाव वाली कुछ आवृत्ति (आमतौर पर प्रतिक्रिया रेंज के शीर्ष पर) से बचने के लिए है।

व्यवहार में "सिर्फ 180 डिग्री से कम" पर्याप्त नहीं है क्योंकि दोलन के करीब पहुंचने वाले एम्पलीफर्स "रिंग" करेंगे और तेज किनारों पर या उच्च आवृत्ति घटकों के साथ संकेतों पर अवांछनीय क्षणिक प्रतिक्रिया पैदा करेंगे। इसलिए, "चरण मार्जिन" की एक डिग्री की आवश्यकता होती है, ताकि सिस्टम भर में चरण बदलाव सभी आवृत्तियों पर 180 डिग्री से अच्छी तरह से स्पष्ट हो, जो एम्पलीफायर को उन क्षेत्रों से दूर रखने के लिए जहां यह बुरी तरह से व्यवहार करना शुरू कर देता है।

उपयोगी जेनसेन AN001 - परिचालन एम्पलीफायरों को स्थिर करने के कुछ सुझाव


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तो मूल रूप से यह कथन कि "नकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायरों को स्थिर करती है" एक गलत सामान्यीकरण है। एम्पलीफायरों खुले लूप लाभ के तहत सबसे अधिक स्थिर हैं, जिसमें कोई प्रतिक्रिया पथ (जानबूझकर या परजीवी: आदर्श स्थिति) नहीं है। नकारात्मक प्रतिक्रिया इस हद तक स्थिर हो जाती है कि वह परजीवी सकारात्मक प्रतिक्रिया को निगल लेती है। हम नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग स्थिर करने के लिए नहीं करते हैं, बल्कि लाभ को कम करने और बेहतर रैखिकता और बेहतर इनपुट और आउटपुट प्रतिबाधा प्राप्त करने के लिए करते हैं। सबसे अधिक एनएफबी के साथ सबसे कम संभव लाभ प्राप्त करने के लिए, हम वास्तव में अस्थिर करने वाले जोखिम में हैं, और अतिरिक्त चरणों की आवश्यकता है।
काज़

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नकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायरों को स्थिर करती है जबकि सकारात्मक प्रतिक्रिया उन्हें नष्ट कर देती है।

परजीवी प्रतिरोध और समाई के कारण एक एम्पलीफायर अनिवार्य रूप से एक लोपास फिल्टर के रूप में कार्य करता है। इसका मतलब है कि क्षीणन के अलावा एक चरण शिफ्ट है। अधिक चरणों में एक एम्पलीफायर में चरण पारियों के लिए अधिक क्षमता होती है।

दो या दो से अधिक चरणों के साथ एक एम्पलीफायर की आवृत्ति प्रतिक्रिया (यानी बहुत सारे ऑप-एम्प्स) में कई ब्रेक आवृत्तियों होंगे। प्रत्येक ब्रेक आवृत्ति के आसपास चरण शिफ्ट बढ़ जाती है। पहले ब्रेक फ्रिक्वेंसी के बाद लगभग 90 डिग्री फेज शिफ्ट होता है, दूसरे ब्रेक फ्रिक्वेंसी के बाद फेज शिफ्ट की लगभग 180 डिग्री होती है (और इसी तरह लेकिन हम वास्तव में केवल पहले दो की ही परवाह करते हैं)।

एक 180 डिग्री चरण बदलाव नकारात्मक प्रतिक्रिया को सकारात्मक प्रतिक्रिया में बदल देता है। ये एक समस्या है। यदि उस बिंदु पर प्रतिक्रिया पथ का "लूप गेन" एक या एक से अधिक है तो एम्पलीफायर दोलन करेगा।

इसलिए हमें अपने एम्पलीफायरों को इंजीनियर करना होगा ताकि फीडबैक लूप में लाभ दूसरे ब्रेक आवृत्ति तक पहुंचने से पहले एक से कम हो जाए। ओपी-एएमपी निर्माता पहले ब्रेकपॉइंट की आवृत्ति को कम करने के लिए एम्पलीफायरों को जानबूझकर समाई ("क्षतिपूर्ति" के रूप में जाना जाता है) को जोड़कर ऐसा करते हैं और इसलिए दूसरे ब्रेकपॉइंट पर लाभ कम करते हैं। बेशक यह हमारे एम्पलीफायर की बैंडविड्थ को कम करता है।

लेकिन फीडबैक लूप में लाभ केवल एम्पलीफायर पर ही नहीं, बल्कि फीडबैक डिवाइडर पर भी निर्भर करता है। अपने एम्पलीफायर के उच्च बंद लूप का लाभ लूप फीडबैक में कम होता है। गैर-inverting एकता लाभ एम्पलीफायर सबसे खराब स्थिति है क्योंकि यह आउटपुट का 100% इनपुट में वापस करता है। इसलिए कम लाभ एम्पलीफायरों को उच्च लाभ वाले लोगों की तुलना में बड़े मुआवजे की क्षमता की आवश्यकता होती है।

इसलिए हाई स्पीड ऑप-एम्प्स के निर्माता आपको विकल्प देते हैं। कभी-कभी यह कम और उच्च लाभ अनुप्रयोगों के लिए एम्पलीफायर के विभिन्न मॉडल होने से किया जाता है। कभी-कभी (उदाहरण के लिए AD8021 पर) यह मुआवजा संधारित्र को बाहरी रूप से फिटिंग करके किया जाता है।


यह वास्तव में उपरोक्त अच्छे उत्तरों के लिए कुछ उपयोगी है। खुले लूप लाभ के प्राकृतिक रोल-ऑफ के डंडे वास्तव में चरण परिवर्तन के कारणों में से एक हैं। कुछ मामलों में यह एकता के नीचे ओपन लूप गेन ड्रॉप्स से पहले 180 डिग्री तक पहुंच सकता है।
टोमेनक्सस
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