תפקיד ה- Feedback בעיצוב של Analog Circuit

משוב שלילי הוא עיקרון יסוד הממבדיל מגברים מעשיים משלבי רווח גולמיים.על ידי המסחר פתוח רווח עבור חיזוי יכולת, מהנדסים יכולים להשיג רמות של לינאריות, יציבות ודיוק כי הם בלתי אפשריים עם מכשירים למחצה לבד.היישום של משוב נופל לשתי קטגוריות נפרדות: משוב מקומי החל סביב מפרטים חד-צדדיים או במה, וגלובלי החל סביב כל שרשרת מגברה מציעה יתרונות ייחודיים על ידי השמעת משוב, כלומר, בין שני מאפיינים ייחודיים, אשר דורשים משובים ספציפיים, אשר עומדים על פני מערכות הפעלה, אשר דורשות אופטיים, בין שיטות הפעלה אופטיים, לבין שיטות הפעלה, לבין תכונות אופטיים ספציפיים, לבין תכונות אופטיות, אשר דורשות, הוא צורך, אשר דורשות אופטיות, בין שני, לבין שיטות הפעלה, לבין תכונות אופטיות, לבין תכונות אופטיות, לבין תכונות אופטיות ספציפיות, כלומר, או שלב, אשר דורשות, אשר דורשות, החלות של מכשירים אופטיות, בין שני, בין שני תכונות הפעלה של מכשירים אופטיות, לבין תכנות אופטיות, הוא דורשות, בין שני תכונות ספציפיות, לבין תכונות הפעלה של מכשירים אופטיות, לבין תכונות הפעלה של מכשירים אופטיות, לבין תכנות אופטיות, אשר דורשות, אשר דורשות, החלות, לבין תכנות אופטיות,

מתמטיקה של פידבק שלילי

הבנת היתרונות של משוב מקומי וגלובאלי מתחיל עם משוואה משוב בסיסי.עבור מערכת עם קוד פתוח A ol וגורם משוב β, רווח ה-A cl הוא ביטוי:

A cl = A ol / (1 + βA ol)

המונח βA ol הוא הרווח t. כאשר רווח לולאה גדול, רווח הסגור מתקרב 1 / β, להיות עצמאי בעיקר של תכונות transistor וריאציות ייצור.רווח גם שולט חוסר הרגישות של המגבר: שינויים זעירים ברווח פתוח מופחת על ידי גורם של 1 + t Distortion שנוצר בתוך המגבר הוא גם מוגדל באופן דומה על ידי רווח לילאה נאותה עם קצבה נאותה של עיצוב עם עלייה מהירה.

עיצוב גרפי: שלב-רמה

Emitter and Source Degeneration

הצורה הנפוצה ביותר של משוב מקומי הוא ניוון, שבו התנגדות ממוקמת בפלט של transistor צומת דו קוטבי או המקור של transistor שדה-אפקט. סדרה זו-series משוב דגימות הפלט הנוכחי להאכיל שלבים לאחור פרופורציה מתח ביחס אליו.הטרנס המוליכים יעילה Gm eff הופכת בערך 1 / R E, החלפת קוהרולוגיה אקספוננציאלית או דרמטי של העברת גלאומטית של זרם טיטאנית של מערכת יחסים ליניארית עם שלב תגובה מיידית זה.

תצורה Cascode מייצגת צורה נוספת של משוב מקומי.על ידי הצבת transistor בסיס משותף מעל מכשיר הרווח, ה- cascode מקטין את אפקט מילר ומשפר בידוד גבוה ⁇ .ה transistor משותף פועל כמו bu נוכחי עם משוב מקומי טבועה המייצב את המתח האסנדנטי של הטרנזיסטור, צמצום עיוות ושיפור רוחב פס.

היתרונות של פידבק מקומי

  • (FLT:0) שיפור קוארמיות שלב: ⁇ 1 ) משוב מקומי לינארי את המאפיין העברת של טרנזיסטורים בודדים.זה מונע דור הרמוני במקור, אשר חשוב במיוחד בשלבים קלט שבו רעש לינאריות הם קריטיים, ובשלבי פלט שבהם מתרחשים תנודות מתח גדולות.
  • (FLT:0)Bandwidth הרחבה: FLT:1 משוב מקומי מפחית את רווח של שלב אבל דוחף את הקוטב הדומיננטי שלו לתדירות גבוהה יותר, בעוד המוצר בעל רוחב רווח נשאר קבוע בערך, תדירות הקוטב העליון מקל על הבמה כאשר משוב גלובלי מוחל מאוחר יותר.טכניקה זו היא יסוד להרחיב את עיצוב מגבר.
  • (FLT:0) רובוט ל- PVT Variations: ההרחבה הפתוחה של קודר משתנה באופן נרחב עם תהליך, מתח וטמפרטורה. a transistor יכול להיות בטא המשתנה על ידי גורם של שלושה על פני ייצור הרבה. משוב מקומי desensititize את הבמה לריאציות אלה. amplifier עם 1 אחוזים מתנגדים יהיה להשיג מדויק ל- 1 אחוזים, בהשוואה ל -50% או יותר מאשר 50 או יותר משוב.
  • (FLT:0) ⁇ בידוד: FLT:1ir) לולאות משוב מקומיות הם המכילים עצמי ואינם אינטראקציה עם שלבים אחרים כדי ליצור קטבים מורכבים נמוך ⁇ .זה הופך את עיצוב המגבר מודולרי וצפוי.כל שלב יכול להיות מותאם באופן עצמאי ללא דאגה לגבי יציבות גלובלית בשלב זה של תהליך העיצוב.

עקבו אחרי Local Feedback

משוב מקומי מקטין את הרווח לשלב. כדי להשיג רווח גלוי, יותר שלבים נדרשים, צריכת כוח נוסף ושטח מוות. רשתות משוב מקומיות Resistive לתרום רעש תרמי, אשר יכול להפיג את דמותו של מגברי רעש נמוך. ניוון אינדוקטיבי להימנע מעונש רעש זה אבל הוא רק מעשי בתדרים RF שבו גדלים אינדוקטור הם גם מסוגלים לנהל.

הפחתה גלובלית: System-Level Precision

The Operational Amplifier Paradigm

משוב גלובלי הוא העיקרון המכונן של המגבר המבצעי.על ידי פתיחת הלולאה, הדגה מספק רווח עצום. על ידי סגירת הלולאה עם רשת משוב מסוימת, המהנדס יוצר מגבר מדויק עם רווח שנקבע על ידי מרכיבים חיצוניים.הכוח הייחודי של משוב גלובלי טמונה ביכולתו לדכא שגיאות שנוצרו בתוך לולאה מגבר, אספקת חשמל, רעש, ורעש מן השלבים מאוחר יותר הם על ידי מקבל משוב קיצוני עבור יישום ברור.

דיכוי מכניזם

עיוות הרמוני מוחלט מופחת על ידי גורם שווה רווח הלולאה בתדרים הרמוניים.עבור מגבר אודיו מתוכנן היטב עם 60 dB של לולאה רווח 1 kHz, רכיבי עיוות הרמוני מופחת על ידי גורם של 1000.זה מאפשר שלבים מעשי כדי להשיג את נתוני THD מתחת 0.001 אחוזים.ההפחתה חלה על כל הלא ליניאריות בתוך הלולאה, כולל הפרעה בעיוותים בכיתה ועיוות במתח לא-AB.

משוב גלובלי גם מדכא דחיית אספקת החשמל.ריאציות על מסילות אספקת החשמל מופיעות כאותות שגיאה בפלט, ואת לולאת משוב מניע באופן פעיל את הפלט כדי לבטל את הריאציות האלה.זה מספק יחס דחיית כוח מעולה מעבר רוחב הפס שבו רווח לולאה הוא גבוה.

טרנספורמציה

משוב גלובלי יכול להפוך קלט ופלט מעכבים בדרכים צפויות. סידרה משוב על הקלט מגביר את ההפחתה של הקלט, אשר רצוי עבור יישומים רגישים מתח. משוב שנט מפחיתה את ההפחתה של קלט, יצירת קרקע וירטואלית המתאימה לשלבים הנוכחי-להימנעות ממערכות, מבלי לתפעל את הפלט, משוב מתכווץ מפחית את התפוקה, יצירת מקור קרוב-ידי הנוכחי.

אתגר היציבות

יציבות משוב גלובלית נשלטת על ידי לולאה עלייה גודל ושלב כפונקציה של תדירות. a multi-שלב a מגבר מכיל מספר רב של קטבים. as Loop לצבור רולס, שינוי שלב מצטבר.אם השינוי מגיע 180 מעלות בעוד הרווח לולאה הוא מעל אחדות, המגבר יהיה oscillate. מהנדסים להשתמש ב Bode משטחים כדי לנתח את שיעור הסגר.אם הרווחים הפתוחים מתגלגלים במהירות של 2010.

פיצוי תדירות נדרש כדי לשנות את התגובה הפתוחה ולהבטיח יציבות. פיצוי הקוטב דומיננטי מפחית את רוחב הפס של המגבר על ידי לחיצה על הקוטב הראשון לתדירות נמוכה. מילר פיצוי משתמש את ההשפעה של מילר כדי ליצור אפקט פול-פול-מצוץ, דוחף את הקוטב הדומיננטי נמוך יותר ואת הקוטב השני גבוה יותר.טכניקות סחר זה רוחב פס ליציבות, ואת capacitor פיצוי הוא לעתים קרובות המרכיב הגדול ביותר במגבר.

ניתוח השוואתי: Local Versus Global Feedback

קוהרנטיות ומשמעת בקונטקסט

משוב גלובלי עולה בצמצום עיוות הרמוני נמוך בקידוד נמוך על פני כל המגבר.אם להשיג נמוך לחלוטין THD בתדרי אודיו הוא המטרה, משוב גלובלי מספק את הרווח הלולאה הדרוש כדי לדכא הרמוניות.עם זאת, משוב גלובלי הופך פחות יעיל בתדרים גבוהים שבו לולאה רווח מוגבל. משוב מקומי מונע עיוות גבוה של סיבולת מלהיות נוצר מלכתחילה על ידי לינארית כל שלב מתקדם הרבה אודיו מתקדם כדי לרסן את הפחתת משוב, או לחץ על פני כדור הארץ, מבלי להשיג שגיאות מהירות, החלת גבוהה, מבלי ליצור שגיאות מגע מהיר, מבלי להיות מסוגלות מקומית.

עיוות Transient intermodulation הוא חפץ ידוע של משוב גלובלי מוגזם.כאשר אות קלט מכיל transients מהירים, הפלט המגבר אינו יכול לעקוב מיד עקב שיעור הזינוק המוגבל של capacitor פיצוי. במהלך תקופה זו, לולאת משוב מציגה אות גדול לבמה קלט, אשר יכול ליישב וליצור עיוות.

Bandwidth ו- Slew Rate

משוב גלובלי מקטין את רוחב הפס הקטן להגדרה רווח נתונה.מגבר משוב מתח יש מוצר קבוע רווח פסנדנדנטי.אם רווח הסגור גדל על ידי גורם של 10, רוחב הפס יורד על ידי גורם של 10. משוב מקומי יכול להשיג רוחב פס גבוה יותר על ידי צמצום האימפולס בצומת רגיש, לדחוף כתמים לתדרים גבוהים יותר.

שער סלואו, רוחב הפס הגדול, מוגבל על ידי זרם הטיה הזמין כדי לטעון את capacitor פיצוי בעולם פיצוי המפצה מגבר. משוב מקומי אינו לכפות הגבלה זו.

ביצועים רעש

תפיסה שגויה נפוצה היא כי משוב גלובלי מפחית רעש. משוב גלובלי לא יכול להפחית את המתח הרעש העדיף קלט של המגבר.זה פשוט להפחית את הרווח. עבור אות נתון, היחס אות-לא-לא-מס בפלט נקבע על ידי הרעש של שלב קלט. משוב מקומי באמצעות התנגדות מוסיף רעש תרמי. 100 אום התנגדות מייצרת בערך 1.3 nV לסלע של רעש תרמי שלה, תוך כדי צמצום חיובי, יש להשתמש בערכים מקומיים כדי מתן משוב פתוח, יש צורך בזהירות, יש צורך לספק משוב מקומי כדי לספק תגובה נמוכה.

המונחים:

תחום היישום מכתיב בכבדות את אסטרטגיית משוב.בשמע, מהנדסים מעדיפים להיעלם נמוך THD על פני הלהקה אודיו. Loop רווח ב-20 kHz מוגבל על ידי המוצר של amplidth של מעצבי אודיו לעתים קרובות להשתמש שלבים מרובים עם משוב גלובלי מתון ופלט פתוח גבוה של יעילות מקומית.

אדריכלות: Hybrid Feedback Architectures

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

המגברים המעשיים ביותר משתמשים באסטרטגיות משוב מותאמות ל-Nored.The Internal Loops מספקים אופטימיזציה מקומית של לינאריות, רוחב פס והטיה.הלאה החיצונית מספקת דיוק ברמת המערכת של דיוק ודיכוי עיוות. a סטנדרטי בעל שלושה שלבים תפעולי יש משוב מקומי בשלב הפלט כדי להגדיר quiescent הנוכחי והפלט לינארי, בשילוב עם לולאה גלובלית מהפלט האחורי להמנע את הקלט המקומי.

אסטרטגיה עבור Robust Systems

הגישה העיצובית החזקה ביותר היא לבנות ליבה פתוחה חזקה באמצעות משוב מקומי לפני סגירת הלולאה הגלובלית.כל שלב צריך להיעשות ליניארית ו- היטב מושתחת ככל האפשר. a high-ביצוע אודיו מגבר משתמש בשלב קלט מקודש עם טעינת המראה הנוכחית, שלב מפגין מוטה בזהירות עם פיצוי מילר מקומי, ו שלב משולש של דארלינגטון עם שליטה מקומית כדי לחצות את העיוותים, ואז יש צורך לתקן משוב גלובליים פוטנציאליים לתקן באופן משמעותי על מנת לתקן את הני רק כדי לתקן משוב גלובליים ברמה גבוהה על מנת לתקן את ההשפעה העולמית.

שיקולים עיצוביים מעשיים

טכניקות פיצוי

מעצבים חייבים לשקול את האינטראקציה בין משוב מקומי וגלובאלי כאשר מינוף המגבר. משוב מקומי דוחף כתמים פנימיים בתדרים גבוהים יותר, מה שהופך את הלולאה העולמית לקל יותר לייצוב. מילר פיצוי סביב שלב רווח יוצר משוב מקומי בתדרים גבוהים, צמצום הרווח של שלב זה בתדרים גבוהים ופשט את התגמול הגלובלי.

השפעות פרדוקסטיות

קפיאנטים Parasitic ו inductances ליצור מסלולי משוב מקומיים שלא ניתן לגרום oscillation. אספן-to-בסיס של transistor דו קוטבי מספק משוב מקומי שיכול ליצור התנגדות שלילית בקלט, המוביל לאי יציבות.

מסקנה: Symbiosis in amplifier Design

משוב מקומי וגלובאלי אינם פילוסופיות מתחרים, אבל כלים עיצוב משלימים. משוב מקומי מספק את הבסיס של שלבים צפויים, ליניאריים, וחזקים אדפרפרף פתוח-פרלופ.זה מנהל ביצועים ברמה של שלב ולהבטיח כי אבני הבניין יהיו היטב מול מהנדסים לפני הלולאהל הגלובלי סגור. משוב גלובלי ספציפי לענות על כוח של לולאה גבוהה לצבור שיפור תפקוד ההעברה הכולל, עיוות מערכת, ולספק תכונות מדויקות של יעילות גבוהה של יעילות גבוהה יותר של כוח רצון עצמי.