Quelle est la particularité de «stable à gain unitaire»?

Comme mentionné dans les fiches techniques d'opamp, comme celle- ci. Je pense que la stabilité est un problème avec des gains plus élevés, en raison de l'oscillation. Quels sont les problèmes avec le gain d'unité?

La stabilité ne dépend pas seulement du gain, mais aussi de la phase. Si un amplificateur inverseur a un déphasage de 180 °, le déphasage total est de 360 ​​° et l'un des critères d'oscillation de Barkhausen est respecté.

Les amplificateurs diffèrent par leur capacité à être stables même si les circuits externes sont optimaux. Pour évaluer le potentiel de stabilité d'un type d'amplificateur particulier, des données graphiques sont nécessaires à la fois pour "gain vs fréquence" et "phase vs fréquence" de l'amplificateur en boucle ouverte. Si la réponse de phase présente! 180E à une fréquence où le gain est supérieur à l'unité, la rétroaction négative deviendra une rétroaction positive et l'amplificateur subira en fait une oscillation. Même si le décalage de phase est inférieur à! 180E et qu'il n'y a pas d'oscillation soutenue, il y aura un dépassement et la possibilité de salves d'oscillation déclenchées par des sources de bruit externes, si la réponse de phase n'est pas "suffisamment inférieure" à -180 ° pour toutes les fréquences où le gain est supérieur à l'unité. Le "suffisamment moins" marge de phase . Si la réponse de phase est de -135 °, alors la marge de phase est de 45 ° (la quantité "inférieure à" -180 °). En fait, la marge de phase d'intérêt pour évaluer le potentiel de stabilité doit également inclure la réponse de phase du circuit de rétroaction . Lorsque cette marge de phase combinée est de 45 ° ou plus, l'amplificateur est assez stable. Le nombre de 45 ° est une valeur de «règle générale» et une plus grande marge de phase donnera une stabilité encore meilleure et moins de dépassement.

Souvent, mais pas toujours, la marge de phase la plus basse est à la fréquence la plus élevée qui a un gain supérieur à l'unité; car il y a toujours un certain retard indépendant de la fréquence qui représente plus de degrés à des fréquences plus élevées. Un amplificateur avec une marge de phase de 45E à la fréquence la plus élevée du gain en boucle ouverte unitaire est dit "stable au gain unitaire". Facultativement, la plupart des types d'amplificateurs peuvent être compensés pour la stabilité du gain unitaire à un certain sacrifice dans la vitesse de balayage ou le bruit haute fréquence. Si la stabilité est considérée comme hautement prioritaire, le compromis doit être fait. Un gain unitaire stable signifie un fonctionnement stable au gain en boucle fermée le plus bas où la stabilité est généralement la pire.

(d' ici )

Pour en savoir plus
Pourquoi la rétroaction Unity est la plus difficile pour la stabilité?

Le gain unitaire est obtenu en appliquant 100% de rétroaction à un amplificateur à gain élevé. Il y aura un déphasage entre l'entrée et la sortie et l'oscillation se produit lorsque le déphasage est égal ou supérieur à 180 degrés à n'importe quelle fréquence où le gain en boucle ouverte est supérieur à l'unité (en fait toujours en pratique dans une gamme de fréquences.)

La situation de rétroaction élevée à gain unitaire est à peu près la plus difficile à éviter pour certaines fréquences (généralement au sommet de la plage de réponse) ayant un décalage de phase de 180 degrés.

En pratique, "un peu moins de 180 degrés" n'est pas suffisant, car les amplificateurs approchant l'oscillation "sonneront" et produiront une réponse transitoire indésirable sur des fronts rapides ou sur des signaux avec des composantes de fréquence plus élevées. Par conséquent, un degré de "marge de phase" est nécessaire, de sorte que le déphasage à travers le système soit bien dégagé de 180 degrés à toutes les fréquences qui peuvent être rencontrées, afin de maintenir l'amplificateur éloigné des zones où il commence à se comporter mal.

Jensen AN001 utile - Quelques conseils sur la stabilisation des amplificateurs opérationnels

La rétroaction négative stabilise les amplificateurs tandis que la rétroaction positive les déstabilise.

En raison de la résistance et de la capacité parasites, un amplificateur finit inévitablement par agir comme un filtre passe-bas. Cela signifie qu'en plus de l'atténuation, il y a un déphasage. Plus un amplificateur a d'étages, plus il y a de potentiel de déphasage.

La réponse en fréquence d'un amplificateur à deux étages ou plus (c'est-à-dire à peu près tous les amplificateurs opérationnels) contiendra plusieurs fréquences de coupure. Autour de chaque fréquence de coupure, le déphasage augmente. Après la première fréquence de coupure, il y a environ 90 degrés de déphasage, après la deuxième fréquence de coupure, il y a environ 180 degrés de déphasage (et ainsi de suite, mais nous ne nous soucions vraiment que des deux premiers).

Un déphasage de 180 degrés transforme la rétroaction négative en rétroaction positive. C'est un problème. Si le "gain de boucle" du chemin de rétroaction à ce point est un ou plusieurs, l'amplificateur oscillera.

Nous devons donc concevoir nos amplificateurs de sorte que le gain dans la boucle de rétroaction tombe à moins d'un avant que la deuxième fréquence de coupure ne soit atteinte. Les fabricants d'OP-AMP le font en ajoutant délibérément de la capacité (connue sous le nom de "compensation") à leurs amplificateurs pour réduire la fréquence du premier point d'arrêt et donc réduire le gain au deuxième point d'arrêt. Bien sûr, cela réduit la bande passante de notre amplificateur.

Mais le gain dans la boucle de rétroaction dépend non seulement de l'amplificateur mais aussi du diviseur de rétroaction. Plus le gain en boucle fermée de votre amplificateur est élevé, plus le gain dans la boucle de rétroaction est faible. L'amplificateur à gain unitaire non inverseur est le pire des cas car il renvoie 100% de la sortie à l'entrée. Les amplificateurs à faible gain ont donc besoin d'une grande capacité de compensation que les amplificateurs à gain élevé.

Les fabricants d'amplificateurs opérationnels à grande vitesse vous donnent donc le choix. Parfois, cela se fait en ayant différents modèles d'amplificateur pour les applications à gain faible et élevé. Parfois (par exemple sur l'AD8021), cela se fait en installant le condensateur de compensation à l'extérieur.