Table of Contents
Introducción a la retroalimentación en los circuitos amplificadores
La retroalimentación es un concepto fundamental en el diseño de circuitos electrónicos, especialmente en sistemas amplificadores donde moldea parámetros clave de rendimiento. Al retraer una parte de la señal de salida de vuelta a la entrada, los ingenieros pueden controlar ganancia, reducir la distorsión y alterar el comportamiento temporal del circuito. Dos parámetros críticos afectados por la retroalimentación son velocidad de cálculo [FLT:
Fundamentos de la tasa de fuga y la respuesta dinámica
Tasa de pérdida: Definición y significancia
El velocidad de flujo de un amplificador se define como la velocidad máxima del cambio de la tensión de salida, generalmente expresada en voltios por microsegundo (V/μs). Es una medida de lo rápido que el amplificador puede responder a un cambio de entrada grande, rápido, como una función de paso.
Respuesta dinámica: Ancho de banda, comportamiento transitorio y estabilidad
Respuesta sínmica abarca la capacidad del amplificador para reproducir con precisión las señales de tiempo.
- Bandwidth – el rango de frecuencias sobre el cual la ganancia del amplificador sigue siendo relativamente constante. Esto se expresa a menudo como el ancho de banda de unión (GBW) en op-amps.
- Respuesta transitoria] – cómo se comporta la salida cuando se somete a cambios repentinos (por ejemplo, tiempo de ascenso, sobresueldo, tiempo de fijación).
- Estabilidad – la tendencia del amplificador para evitar la oscilación o el aro excesivo cuando se aplica la retroalimentación. Esto se cuantifica por margen de fase y margen de ganancia.
La respuesta dinámica está íntimamente vinculada a los polos y ceros internos del amplificador, y la retroalimentación juega un papel importante en la remodelación de estas características.
Mecanismos de retroalimentación y su clasificación
Negative Feedback vs. Positive Feedback
La retroalimentación puede ser negativa o positiva. La retroalimentación negativa devuelve una señal que se opone a la entrada, reduciendo el aumento general pero mejorando la linealidad, ancho de banda y estabilidad. La retroalimentación positiva refuerza la entrada, causando potencialmente oscilación o histeresis (utilizada en comparadores y osciladores).En la mayoría de los amplificadores lineales, se emplean retroalimentación negativa.
Tipos de retroalimentación negativa
- Series de tensión (series-shunt): tensión de retroalimentación proporcional al voltaje de salida, aplicado en serie con entrada. Común en amplificadores no-invertentes.
- Series de corrido (series-series): tensión de retroalimentación proporcional a la corriente de salida. Se utiliza en amplificadores de transconductancia.
- Hunt de tensión (hunt-shunt): corriente de retroalimentación proporcional a la tensión de salida. Se utiliza en amplificadores de inversión.
- Current-shunt (series de caza): retroalimentación actual proporcional a la corriente de salida. Menos común.
Cada topología afecta de manera diferente las impedancias de entrada y salida, y estos cambios de impedancia influyen indirectamente en la tasa de despilfarro y la respuesta dinámica debido a los efectos de carga y limitaciones de ancho de banda.
Impacto detallado de la retroalimentación en la tasa de pérdida
Cómo la retroalimentación reduce la tasa de pérdida
El sistema de retroalimentación de la banda de alta velocidad de la banda de alta velocidad de la banda de alta velocidad, es decir, el sistema de retroalimentación de la banda de alta velocidad, y el sistema de retroalimentación de la misma velocidad de la banda de alta velocidad, es decir, el sistema de retroalimentación de la banda de alta velocidad.
Amplificadores actuales-feedback: Una historia diferente
En amplificadores de retroalimentación corriente (CFA), la tasa de trineo no se limita con la corriente de carga del condensador de compensación porque el nodo interno es de baja impedancia. En lugar, la tasa de rocío puede ser extremadamente alta, limitada sólo por la etapa de salida y las capacitaciones parasitarias. Sin embargo, incluso en las FFAs, la reacción influye en la reacción a la reacción de la banda de gran implor
Mediciones experimentales
El rendimiento de la salida debe ser más rápido, si el rendimiento se produce en el caso de la velocidad de salida, y el resultado es más rápido.
Impacto de la retroalimentación en la respuesta dinámica
Extensión de ancho de banda
Un factor de retroalimentación más importante es la extensión del ancho de banda. Para un amplificador con ganancia de apertura [β-0]A y un polo dominante en frecuencia f0, el ancho de banda cerrado se convierte en aproximadamente f[LT]
Respuesta Transiente y Margen de Fase
La retroalimentación también determina la respuesta transitoria. En un sistema de retroalimentación cerrada, la función de transferencia de circuito cerrado introduce un denominador que depende del beneficio de la boquilla. Si el aumento de la boquilla tiene múltiples polos, la retroalimentación negativa puede causar pico o oscilaciones si el margen de fase es insuficiente.
Efectos sobre la distorsión y la distorsión inducida por el rocío
La retroalimentación negativa reduce la distorsión armónica minimizando la señal de error. Sin embargo, cuando el amplificador se descompone, la operación lineal interna se descompone, y la retroalimentación no puede corregir la distorsión porque la velocidad de salida es limitada. Esto se conoce como desleinado ] (SID).
Cambios entre el índice de flujo y la respuesta dinámica
Aumento de la tasa de pérdida de peso en el gasto de estabilidad
Para lograr una alta tasa de pérdida de peso, los diseñadores a menudo reducen la capacitancia de compensación o aumentan la corriente de sesgo de entrada. Ambas acciones pueden degradar el margen de fase, lo que conduce a la inestabilidad y la respuesta de baja transitoria. Por ejemplo, los op-amps no compensados (como el LM318) tienen tasas de rocío más altas (70 V/μs) pero requieren una compensación externa para lograr una operación estable a baja tasa de retroalimentación.
Optimización para aplicaciones de alta velocidad
Para aplicaciones de alta velocidad de adquisición de datos o video, el amplificador ideal debe tener tanto alta velocidad de la mandíbula como ancho de banda ancha con margen de fase adecuado. Esto a menudo requiere el uso de arquitecturas de fondo corriente o topologías avanzadas como amplificadores de cobre estabilizados o auto-cero. Las redes de retroalimentación deben ser cuidadosamente diseñadas: resistores de bajo valor reducen los efectos de ruido y parasidad, pero aumentan el consumo de potencia.
Medición de la tasa de pérdida en sistemas de retroalimentación
Cuando la velocidad de medición de la manguita en un sistema cerrado, es importante aplicar un gran paso de entrada (típicamente 10 V) que impulsa el amplificador en la limitación de la mandíbula. La pendiente de la onda de salida se mide entre 10% y 90% del valor final. La retroalimentación no altera la pendiente medida, pero la presencia de retroalimentación puede causar sobresaliente después del período de inclinación debido a la dinámica de cierre.
Observaciones y datos experimentales
Prueba de laboratorio: OP27 vs. NE5534
Considere dos amplificadores operativos populares: el OP27 (precisión) y el NE5534 (alta velocidad).El OP27 tiene una tasa de flujo típica de 2,8 V/μs y un producto de ganancia de ancho de banda de 8 MHz. Cuando se configura en una ganancia no-invertir de 10, ambos amplificadores presentan unas bandas pequeñas similares, pero el índice de flujo de OP27
Efecto del factor de retroalimentación creciente en el tiempo de ida
Para un amplificador fijo, aumentar el factor de retroalimentación (es decir, reducir el aumento de la velocidad cerrada) aumenta el ancho de banda pequeño y por lo tanto reduce el tiempo de aumento de la salida para pequeños pasos. Sin embargo, si el paso es lo suficientemente grande para causar el balance, el tiempo de aumento se limita por la velocidad de la raya, independiente de la retroalimentación.
Fase Margin vs. Slew Rate
Un estudio de ]Dispositivos análogos muestra que los condensadores de compensación añadidos para mejorar el margen de fase reducen la tasa de rocío proporcionalmente. Para un amplificador dado, un capucho de compensación de 10 pF produce una tasa de 20 V/μs estable, mientras que un capucho de 30 pF gana 6.7 V/μs.
Aplicaciones y directrices de diseño en el mundo real
Amplificadores de audio
En los circuitos de audio, la retroalimentación se utiliza ampliamente para reducir la distorsión y extender el ancho de banda. Sin embargo, la tasa de rocío debe ser suficiente para manejar la máxima frecuencia y amplitud sin SID. Una regla común del pulgar: la tasa de rocío necesaria para un amplificador de audio es .
Convertidores de datos de alta velocidad
En los circuitos de controladores ADC, el op-amp debe establecerse dentro de 1/2 LSB antes de la próxima conversión. Tanto el ancho de banda y la materia de tarifa de rodajas. La retroalimentación determina el ancho de banda cerrado y por lo tanto el tiempo de ajuste de pequeña señal. Para los cambios de paso grandes (por ejemplo, de 0 a 5 V), la velocidad de rocío es el factor dominante.
Amplificadores RF e IF
En los circuitos RF, la respuesta dinámica se refiere a menudo a la capacidad del amplificador para manejar la modulación con una distorsión mínima. La retroalimentación negativa se utiliza para la concordancia de impedancia y la estabilización de ganancia, pero en frecuencias altas, los efectos parasitarios limitan la cantidad de retroalimentación que se puede aplicar sin inestabilidad. La velocidad de tirada en los amplificadores RF es raramente especificada; en cambio, se utilizan parámetros como el tiempo de aumento y ancho de banda de potencia.
Conclusión
La retroalimentación es una espada de doble filo en el diseño de amplificadores. Aunque aumenta la respuesta dinámica al ancho de banda, reduciendo la distorsión y mejorando la linealidad, también puede interactuar con las limitaciones de la velocidad de amplificador interna de maneras que degradan el rendimiento de gran señal.