تعويض التردد لـ op-amp ولماذا هو مهم في مرجعك

تعتبر مكبرات الصوت التشغيلية أو مضخمات التشغيل بمثابة العمود الفقري للتصاميم الإلكترونية التناظرية. مرة أخرى من عصر أجهزة الكمبيوتر التناظرية ، تم استخدام Op-Amps للعمليات الحسابية مع الفولتية التناظرية ومن هنا جاء اسم مكبر التشغيل التشغيلي. حتى تاريخه ، يتم استخدام Op-Amps على نطاق واسع لمقارنة الجهد والتمايز والتكامل والجمع والعديد من الأشياء الأخرى. وغني عن القول ، أن دوائر مكبر التشغيل سهلة التنفيذ لأغراض مختلفة ولكن لها قيود قليلة تؤدي غالبًا إلى التعقيد.

يتمثل التحدي الرئيسي في تحسين استقرار جهاز op-amp في نطاق واسع من التطبيقات. الحل هو تعويض مكبر الصوت من حيث استجابة التردد ، باستخدام دائرة تعويض التردد عبر مضخم التشغيل. يعتمد استقرار مكبر الصوت بشكل كبير على معلمات مختلفة. في هذه المقالة ، دعنا نفهم أهمية تعويض التردد وكيفية استخدامه في تصميماتك.

أساسيات سريعة على Op-Amp

قبل الانتقال مباشرة إلى التطبيق المتقدم لمضخمات التشغيل وكيفية تثبيت مكبر الصوت باستخدام تقنية تعويض التردد ، دعنا نستكشف بعض الأشياء الأساسية حول مكبر التشغيل.

يمكن تكوين مكبر الصوت كتكوين حلقة مفتوحة أو تكوين حلقة مغلقة. في تكوين الحلقة المفتوحة ، لا توجد دوائر تغذية مرتدة مرتبطة به. ولكن في تكوين الحلقة المغلقة ، يحتاج مكبر الصوت إلى تغذية راجعة للعمل بشكل صحيح. يمكن أن يكون للعملية ردود فعل سلبية أو ردود فعل إيجابية. إذا كانت شبكة ردود الفعل التناظرية عبر الطرف الموجب لجهاز op-amp ، فإنها تسمى ردود فعل إيجابية. خلاف ذلك ، فإن مضخمات التغذية المرتدة السلبية لها دوائر التغذية المرتدة المتصلة عبر الطرف السالب.

لماذا نحتاج إلى تعويض التردد في Op-Amps؟

دعونا نرى دائرة مكبر للصوت أدناه. إنها عبارة عن دارة Op-Amp ذات ردود فعل سلبية بسيطة. الدائرة متصلة كتكوين تابع لكسب الوحدة.

الدائرة المذكورة أعلاه شائعة جدًا في الإلكترونيات. كما نعلم جميعًا ، تتمتع المضخمات بمقاومة عالية جدًا للمدخلات عبر المدخلات ويمكن أن توفر قدرًا معقولًا من التيار عبر المخرجات. لذلك ، يمكن تشغيل مكبرات الصوت التشغيلية باستخدام إشارات منخفضة لدفع أحمال تيار أعلى.

ولكن ما هو الحد الأقصى الحالي الذي يمكن أن يقدمه المرجع لدفع الحمل بأمان؟ الدائرة المذكورة أعلاه جيدة بما يكفي لدفع أحمال مقاومة نقية (حمولة مقاومة مثالية) ولكن إذا قمنا بتوصيل حمولة سعوية عبر الخرج ، فإن op-amp سيصبح غير مستقر ويعتمد على قيمة سعة الحمل في أسوأ الحالات قد يكون المرجع أمبير حتى تبدأ في التذبذب.

دعنا نستكشف سبب عدم استقرار جهاز op-amp عند توصيل حمولة سعوية عبر الإخراج. يمكن وصف الدائرة أعلاه بأنها صيغة بسيطة -

أ _{cl =} A / 1 + Aß

A _البنود هو كسب حلقة مغلقة. A هو كسب الحلقة المفتوحة لمكبر الصوت. ال

الصورة أعلاه هي تمثيل للصيغة ودائرة مكبر للصوت ردود الفعل السلبية. إنه مطابق تمامًا للمضخم السلبي التقليدي المذكور سابقًا. كلاهما يشتركان في إدخال التيار المتردد على الطرف الموجب ، وكلاهما لهما نفس التغذية الراجعة في الطرف السالب. الدائرة عبارة عن تقاطع تجميع يحتوي على مدخلين ، أحدهما من إشارة الإدخال والآخر من دائرة التغذية الراجعة. حسنًا ، عندما يعمل مكبر الصوت في وضع ردود الفعل السلبية ، يتدفق جهد الخرج الكامل للمكبر عبر خط التغذية المرتدة إلى نقطة الوصل التجميعية. عند تقاطع التجميع ، يتم إضافة جهد التغذية المرتدة والجهد الداخلي معًا وإعادتهما إلى مدخلات مكبر الصوت.

الصورة مقسمة إلى مرحلتين كسب. أولاً ، إنها تعرض دائرة مغلقة كاملة لأن هذه شبكة حلقة مغلقة وأيضًا دائرة حلقة مفتوحة op-amps لأن op-amp الذي يظهر A عبارة عن دائرة مفتوحة قائمة بذاتها ، وردود الفعل غير متصلة مباشرة.

يتم تضخيم ناتج تقاطع الجمع بشكل أكبر من خلال كسب حلقة مفتوحة op-amp. لذلك ، إذا تم تمثيل هذا الشيء الكامل كتكوين رياضي ، يكون الناتج عبر تقاطع الجمع -

فين - فوتس

هذا يعمل بشكل رائع للتغلب على مشكلة عدم الاستقرار. تنشئ شبكة RC قطبًا عند وحدة أو كسب 0 ديسيبل يهيمن أو يلغي تأثير أقطاب التردد العالي الأخرى. وظيفة النقل لتكوين القطب المهيمن هي -

حيث ، A (s) هي وظيفة النقل غير المعوض ، A هي كسب الحلقة المفتوحة ، ώ1 ، ώ2 ، و 3 هي الترددات التي يكون فيها الكسب التدريجي عند -20 ديسيبل ، -40 ديسيبل ، -60 ديسيبل على التوالي. و مؤامرة بوده أدناه يبين ماذا يحدث إذا تم إضافة تقنية تعويض القطب تهيمن على إخراج المرجع أمبير، حيث فد هو المهيمن تردد القطب.

2. تعويض ميلر

تقنية تعويض فعالة أخرى هي تقنية تعويض ميلر وهي تقنية تعويض داخل الحلقة حيث يتم استخدام مكثف بسيط مع أو بدون المقاوم لعزل الحمل (المقاوم الصفري) هذا يعني أن مكثفًا متصل في حلقة التغذية المرتدة لتعويض استجابة تردد المرجع.

في دائرة التعويض ميلر هو مبين أدناه. في هذه التقنية ، يتم توصيل مكثف بالتغذية الراجعة بمقاوم عبر الخرج.

الدائرة عبارة عن مضخم ردود فعل سلبي بسيط مع كسب معكوس يعتمد على R1 و R2. R3 هو المقاوم الفارغ و CL هو الحمل السعوي عبر خرج المرجع أمبير. CF هو مكثف التغذية المرتدة الذي يستخدم لأغراض التعويض. تعتمد قيمة المكثف والمقاوم على نوع مراحل مكبر الصوت ، وتعويض القطب ، والحمل السعوي.

تقنيات تعويض الترددات الداخلية

مكبرات الصوت التشغيلية الحديثة لها تقنية تعويض داخلية. في تقنية التعويض الداخلي ، يتم توصيل مكثف ردود فعل صغير داخل op-amp IC بين المرحلتين الثانية من ترانزستور باعث مشترك. على سبيل المثال ، الصورة أدناه هي الرسم التخطيطي الداخلي لـ op-amp LM358 الشهير.

مكثف Cc متصل عبر Q5 و Q10. هو مكثف التعويض (Cc). يعمل مكثف التعويض هذا على تحسين استقرار مكبر الصوت وكذلك منع التذبذب وتأثير الرنين عبر الخرج.

تعويض تردد Op-amp - محاكاة عملية

لفهم تعويض التردد بشكل عملي أكثر ، دعونا نحاول محاكاته من خلال النظر في الدائرة أدناه -

الدائرة عبارة عن مضخم ردود فعل سلبي بسيط باستخدام LM393. لا يحتوي جهاز op-amp هذا على أي مكثف تعويض يحمل في ثناياه عوامل. سنقوم بمحاكاة الدائرة في Pspice بحمل سعوي 100pF وسنتحقق من كيفية أدائها في التشغيل منخفض التردد وعالي التردد.

للتحقق من ذلك ، يحتاج المرء إلى تحليل كسب الحلقة المفتوحة وهامش الطور للدائرة. ولكنه أمر صعب بعض الشيء بالنسبة لل pspice لأن محاكاة الدائرة الدقيقة ، كما هو موضح أعلاه ، ستمثل كسب الحلقة المغلقة. لذلك يجب أخذ اعتبارات خاصة. تم تحديد خطوة تحويل الدائرة أعلاه لمحاكاة كسب الحلقة المفتوحة (الكسب مقابل الطور) في pspice أدناه ،

1. تم تأريض المدخلات للحصول على رد الفعل ؛ يتم تجاهل إدخال الحلقة المغلقة للإخراج.
2. ينقسم الإدخال المقلوب إلى قسمين. أحدهما هو مقسم الجهد والآخر هو الطرف السالب لـ op-amp.
3. تمت إعادة تسمية جزأين لإنشاء عقدتين منفصلتين وأغراض تحديد الهوية أثناء مرحلة المحاكاة. تتم إعادة تسمية قسم مقسم الجهد على شكل ملاحظات ويتم إعادة تسمية الطرف السالب على أنه إدخال Inv. (عكس المدخلات).
4. هاتان العقدتان المكسورتان متصلتان بمصدر جهد تيار مستمر 0 فولت. يتم ذلك لأنه ، من مصطلح جهد التيار المستمر ، يكون لكلتا العقدتين نفس الجهد الضروري للدائرة لتلبية متطلبات نقطة التشغيل الحالية.
5. إضافة مصدر الجهد بجهد 1 فولت من محفز التيار المتردد. هذا يفرض على فرق الجهد الفرديتين أن يصبح 1 أثناء تحليل التيار المتردد. هناك شيء واحد أساسي في هذه الحالة ، وهو أن نسبة التغذية المرتدة والمدخلات المقلوبة يمكن الاعتماد عليها على كسب الدائرة المفتوحة للدوائر.

بعد اتخاذ الخطوات المذكورة أعلاه ، تبدو الدائرة هكذا -

يتم تشغيل الدائرة باستخدام 15V +/- سكة إمداد الطاقة. دعونا نحاكي الدائرة ونتحقق من مؤامرة إخراجها.

نظرًا لأن الدائرة لا تحتوي على تعويض تردد ، كما هو متوقع ، تُظهر المحاكاة كسبًا عاليًا عند التردد المنخفض وكسبًا منخفضًا عند التردد العالي. كما أنها تظهر هامش طور ضعيف للغاية. دعونا نرى ما هي المرحلة عند كسب 0dB.

كما ترون حتى عند كسب 0dB أو تقاطع وحدة الكسب ، فإن op-amp يوفر 6 درجات من إزاحة الطور عند حمل سعوي 100pF فقط.

الآن دعنا نرتجل الدائرة عن طريق إضافة مقاوم تعويض التردد ومكثف لإنشاء تعويض ميلر عبر المرجع أمبير وتحليل النتيجة. يتم وضع 50 أوم من المقاوم الفارغ عبر المرجع أمبير والإخراج بمكثف تعويض 100pF.

تم إجراء المحاكاة ويبدو المنحنى كما يلي ،

منحنى المرحلة أفضل بكثير الآن. إن إزاحة الطور عند كسب 0 ديسيبل تبلغ 45.5 درجة تقريبًا. يتم زيادة استقرار مكبر الصوت بشكل كبير باستخدام تقنية تعويض التردد. لذلك ، ثبت أن تقنية تعويض التردد موصى بها بشدة لتحقيق استقرار أفضل لخريطة المرجع. لكن عرض النطاق الترددي سينخفض.

الآن نحن نفهم أهمية تعويض التردد لـ opamp وكيفية استخدامه في تصميمات Op-Amp الخاصة بنا لتجنب مشاكل عدم الاستقرار. آمل أن تكون قد استمتعت بقراءة البرنامج التعليمي وتعلمت شيئًا مفيدًا. إذا كانت لديك أي أسئلة ، فاتركها في منتدياتنا أو في قسم التعليقات أدناه.