מבוא

מגברי טמפרטורה (op-amps) כוח את הלולאות בקרת אנלוגיים השולטים בדחפים מדויקים, הרגולטורים של PID טמפרטורה, ומבצעי טיסה אוויר-קרקע אוויריים. בכל מקרה, הזמן שמערכת הבקרה צריכה להגיב להפרעה או שינוי סטנקט קובע את הביצועים הכוללים של מערכת בקרת אנרגיה. a Robotics Arm that overshoots כי המיקום מגיב לאט מדי או מפספס דרישות מהירות;

מאמר זה מספק גישה סמכותית ומעשית להשגת ⁇ ברמה של מיקרו-שנית בלולאות בקרה.Weבחן רוחב פס, שיעור סלואו, שולי שלב, פריסה, עיצוב רשת משוב, ואסטרטגיות פיצוי, תמיד קישור את התיאוריה המעגלית כדי לשלוט על הצרכים של ה-loop. בין אם אתה מעצב כונן סרבו במהירות גבוהה או לולאה חיישן דיוק, העקרונות כאן יעזרו לך איזון ויציבות.

מה זמן התגובה אומר בקונטקסט

בלחיצת בקרה, זמן התגובה הכולל עשוי לפעול כמגבר שגיאה, ממריץ, או צומת סיכום של צומת.הזמן הכולל מאופיין בשני מדדים: 10-90% FLT:0settling timehilFLT:1 לאחר שלב של שלב, ו-FLT:2banddthFLT 3: אשר ברווחה (10B) יש צורך במהירות של רוחב קטן (אורדמת) אך במהירות גבוהה יותר) יש צורך בדרגה גבוהה יותר (בפרק).

זמן תגובה אינו רק רוחב הפס הקטן של הדגמה עצמו. ברגע שהמגימה מוטבעת ברשת משוב עם רכיבים פסיביים ועומס קיבולי, המעבר הדומיננטי של הקוטבים הראשיים. עיצוב שנראה מהר על גיליון נתונים יכול להפוך לגלוי או oscillatory כאשר פרציטיות בעולם האמיתי מתווספים. Achieving דורש תגובה מהירה וניהול רוחב הפס המוקדם בין המכפלה, ואז להגדיר משוב טוב.

גבולות פיזיים מרכזיים של ה- Op-Amp

שם מקור: The Large-Signal Speed Limit

(ב) שיעור הפלט (SR) הוא השיעור המקסימלי שבו מתח הפלט יכול להשתנות, בבוטא ב V / מיקרוס.הקבוע בעיקר על ידי הנוכחי זמין כדי לטעון את הקבלן הפנימי של פיצויי פיצוי כאשר צעד גדול נדרש, הצמד השונה יישבים וזרם הזנב המלא זורם לתוך התגמול (FLT:0SR=IFLTststirtird): C2FRP) 4FIRD2FIRD)

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אם מערכת בקרה חייבת להזיז ±10 V פלט ב 100 kHz, שיעור הזחל הנדרש הוא לפחות 2 ⁇ 10.100k ⁇ 6.3 V / מיקרוs. a-amp עם שיעור לא מספיק סלולים מציג עיוות וזמן lag כי אין רשת משוב יכול לתקן. ב בקרים מהירים PID, שיעור integrale חייב להתאים את השגיאה של יכולת מגברית של 10 ליטרים / $ כדי למנוע מ"מ"ר של 100 ליטרים במהירות גבוהה של V.

קבל-Bandwidth המוצר ו-Loop Response

רוחב הפס הקטן נקבע על ידי FLT:0gain-bandwidth ProductcioFLT:1 ( £) עבור מגברי הנקה מתח.בתצורה לא מונעת עם מקבל רעש G, רוחב פס סגור-פר רוחב פס ⁇ / G. אם לולאה שליטה צריך 1 מHz קטן רוחב פס על רווח של 10, דגימה עם פחות מ 10 פעמים הוא מקבל את התדירות גבוהה.

הנקה הנוכחית (CFB) מגבר מתנהג אחרת: רוחב הפס שלהם תלוי במשוב התנגדות ולא רווח רעש, והם מציעים שיעורי סלולים גבוהים משמעותית עבור רוחב פס נתון. CFB , דגימה הם מצוינים עבור לולאות בקרה במהירות גבוהה, אם כי הם דורשים תשומת לב זהירה לספוג את הדופק ויציבות של הרץ.

שלב מרג'ין ו-Comensation

כל שלב מעשי של הדגמה (FLT) מציג שלב lag אשר עולה עם תדירות.ה-FLT:0phase partrís שלב שולית של שלב 3 (FLT) 1 (FLT) ו- 3 (שלבי שלב) ב-Ph מעלות צלזיוס, מופיעים במהירות גבוהה יותר של כ-3% על פני פתרון; פחות מ -30 מעלות מוביל לצלצול חמור ופוטנציאל פיזור (F) של תשלום חיצוני (F) עשוי להיות מוגבל ל- 60 מעלות) אך ורק ל-F) של תשלום חיצוני (או ליתר דיוק גבוה יותר של תגמול חיצוני).

בחירת ה-High-Speed Op-Amp

עבור מערכות בקרה מהירות, בחירת הדגה חייבת לעבור מעבר למספרי דפי נתונים לפני דפי גיליון. פרמטרים מרכזיים כוללים:

  • (ב) ,0) , [13] , עיין בפלט הנדרש בפס רוחב הפס המיועד.
  • (ב) ,0) ,בפסד' (ב) , או (FLT:2–3 dB רוחב פס FLT 3) - מבטיח מספיק לולאה לצבור על צלב.
  • (ב) [15] ,0 ,7 , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ויקרא י"א:2 ויקרא ויקרא י"ד): "וַיְּהִיא נָעָשָׂה אִם נָעָשָׂה אִם נָעָשָׂה אִם עַמְתִּים עַל עַל עַל עַל עַמֶּהֶם" (ב"ב"ד).
  • (ב) [15] ,0) עיוות הרמוני לחלוטין + רעש (THD+NIRLT) 1:1 - נושאים לינאריות בתדרים גבוהים.
  • (ב) ,0Output Stress נדנדה לעומת תדירות של 1 (FLT) - כמה דגי ה-O-amps מאבדים תנודות בתדרים גבוהים עקב הגבלת ה-Sav.

אין חלק "טוב ביותר" יחיד קיים; הבחירה תלויה אם הלולאה נשלטת על ידי שלבים גדולים או תיקונים קטנים חתימה (לדוגמה, ה-FLT:0Analog מכשירים AD8021FLT:1 מציע 200 מ"ג רוחב פס ו 120 V / מיקרו, אידיאלי עבור מדגמי מהירות גבוהה של V.com.

טכניקות עיצוב מעגליות למהירויות

אופטימיזציה ברשת Feedback

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]] ב[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] ב[[1924]], [[

ניהול עומסים Capacitive

טעינה קפיטלית היא האויב של תגובה מהירה של דגימה. A Capacitive לטעון קטנטן עם ההתנגדות פלט תפוקה פתוחה, צמצום שולי שלב. במערכות בקרה שבו ה-Ep-amp מניע כבלים ארוכים או שער של כוח MOSFET, ציפוי עומס עשוי להגיע עשרות עד מאות של פיקופרציות.

  • (ב) התנגדות לעצירה:0 (ב) 1FLT:1 A Small Resistanceor (10-50 ⁇ ) בין פלט ועומס, ניכויים מנקודת משוב, שיפור היציבות עם ירידה קלה של מתח DC.
  • (FLT:0)-compensation:FLT:1 A Capacitor בסדרה עם משוב משוב משוב גבוה ⁇ המפצה על עומס קיבולי ללא צורך בהתנגדות בידוד.
  • (FLT:0)Buffer שלב: FLT:1 A Unity-gain buffer (למשל, BUF634) בתוך הלולאות משוב מבודד את capaciacitor תוך שמירה על דיוק. Composite amplifier topologies - a fast but low-precision fid בתוך לולאה איטי, גבוה - יכול להגביר את שיעור העשב וקיבולת הנהיגה.

עבור עומסים גדולים מאוד של קיבולי (nF טווח), לשקול שלב ה-boost פלט עם משוב מקומי.עיצוב מגבר מורכב כזה דורש ניתוח זהיר של שולי שלב לולאה פנימיים וחיצוניים אבל יכול להניב מהירות יוצאת דופן ויכולת כונן.

דרישות כוח ושיקולים

הדגמות מהירות גבוהה דורשות אספקת חשמל נמוכה של כוח השפעה על טווח תדר רחב.התעלים העניים מציגה רעש מושרה אספקה ושיא בתגובה של המגבר.על ידי עקף קפקאים להיות ממוקם בתוך כמה מ"מ של כל סיכה אספקה. 100 nF X7R קרמיקה במקביל עם 10 מיקרוF נמוך קיבולת הוא סטנדרטי עבור עיצובים נמוכים יותר, 000 GHz או קיבולת זרם נמוך יותר.

לייל משפיע על זמן התגובה של PCB באמצעות אינדוקציוטי ו- capacitance. Keep high-gain nodes פיזית קטן ומקיפים אותם עם שפך קרקע.הסימן הממסים בהגדרות הוא רגיש במיוחד; טבעת שמירה המונעת על ידי הקלט הלא-מעצורים יכולה להפחית את הדלפה.

פיצוי מהיר Aggressive Speed

דגימות סטנדרטיות לפצות על יציבות של אחדות-גאין, אשר לעתים קרובות מגביל רוחב פס אמין.כאשר רווחים חד-פרלופ סגור עולה אחד באופן משמעותי, AFLT:0, ממונה mpigtureFLT:1 יכול לספק רוחב פס גבוה הרבה יותר.כאשר מכשירים אלה יציבים רק עבור רווחים מעל מינימום מוגדר (למשל, להרוויח ⁇ 5) ולהציע מהר יותר מהיר כאשר הם במהירות גבוהה עם סמן, 000 $, 000, 000, 000, 000 פועל בדוגמה גבוהה, 000.

תוכניות פיצוי חיצוניות לתת אפילו שליטה גדולה יותר.AFLT:0lead-lag NetworkFelo 1 ב לולאת משוב מוסיף אפס לפני הקוטב הדומיננטי להאריך רוחב פס, בעוד שפול גבוה ⁇ גבוה מחלחל רעש.בבקרי PID, הוספת התנגדות בסדרה עם קפיטור משולב (יצירת גל מוביל) משפר שלב ללא רווח שולי, 000 ביעילות לחץ על הפחתת התדירות גבוהה יותר, כאשר הוא יכול ליישב את הפחתת התדירות גבוהה יותר ביעילות.

המונחים: compensation

טכניקות האכלה קדימה לעקוף את החלק האיטי ביותר של נתיב אות של תצלום. a Small capacitor מ קלט ללוח פיצוי התפוקה יכול להזריק אותות קידוד גבוה ישירות, להאיץ את תנאי סלסול.זה דורש ידע אינטימי של האדריכלות הפנימית, אבל כאשר הוא מיושם כראוי, זה יכול לדחוף זמן תגובה מעבר מפרטים נתונים.

שימוש במבנה מבוסס OTA

מגברי טרנסנדנדנס (טאות) עם צומת פיצוי נפרד (למשל, LM13700) מאפשרים למעצב להגדיר את הקוטב הפתוח-loop.שימוש במגרש פיצוי חיצוני המותאמים לרווח של לולאה מספק קצב לולאה מותאם אישית ו-Selvetve, לעתים קרובות החוצה התאמות קבועות עבור תקציב נתון.

שיתוף פעולה פעיל באמצעות Auxiliary Amplifiers

בלולאות שבהן דגימה יחידה לא יכולה לעמוד במקביל רוחב פס, שיעור סלואו, דרישות דיוק, פיצוי פעיל עם דגימה שנייה יכול לעזור.לדוגמה, שלב מהיר יכול להקדים את קצב הדיוק, או שלב איטי גבוה גבוה יכול להיות קן בתוך לולאה חיצונית מהירה (מגבר כפול) המפתח הוא להבטיח את שולי שלב הלולאה הפנימי של כל התנאים הפועלים במהירות זו הוא מערכת נתונים נפוצה.

בדיקות ואימות זמן תגובה

לאחר שהעיגול בנוי, זמן התגובה בפועל חייב להימדד בתנאים ריאליים.מבחן תגובה צעד מגלה הן התנהגות קטנה וחתומה גדולה. השתמש בגנרטור עם עלייה של זמן מתחת ל 1 ns ו- High-bandwidth oscilloscope עם בדיקת קיבולת נמוכה (בדיקת FET תחת 1 pFET תחת capacitance) יישום קטן של סימן נמוך בדרגה נמוכה מספיק כדי לקבוע את קצב הפחתת הפחתת הרזולוציה (k-FET) ו-pecttext).

עבור לולאות בקרה הכוללות שלב כוח, למדוד את העומס בפועל. aתדירות-response מנתח או מנתח רשת יכול לאמת רווח ורווחי שלב.תמיד טאטא תדירות מנמוך (למשל, 10 הרץ) כדי הרבה מעל המעבר הצפוי לתפוס כל שיא או רול-off anomalies. A מקיפה לדידות כאלה זמינה בסימון של Keysights NoteF: "Freancy" 1Freancy" 1F Analysis" 1Freency Analysis" 1Freency" 1.

דוגמה מהירה ל- PID

שקול בקר PID שבו מגבר השגיאה חייב להתיישב בתוך 2 μs עבור מרווח בגודל מלא 5 V שלב.ה integrator חייב להיות שיעור סלולים > 2.5 V / מיקרוס (5 V ב 2 μs) A decompensated הדגמה עם 100 הרץ ו 50 V / מיקרוס SR עומד דרישה זו, המאפשר אינטגרציה קטנה שומרת על רווח גבוה ב קיבולת נמוכה 2 −F2F.

עיצוב כזה מדגים כי זמני תגובה מהירים באים מאסטרטגיה קוהרנטית המכבדת את הגבולות הפנימיים של הדגן ואת סביבת המעגל החיצונית.על ידי מתן בחירה, פריסה, פיצוי ובדיקה, אתה יכול להשיג שליטה ברמה מיקרו-שנית.

מסקנה

השגת זמני תגובה מהירים במערכות בקרה מבוססות מגבר דורש גישה ממושמעת.התחל עם הגדרה ברורה של רוחב פס לולאה הנדרשת וסידור זמן, ולאחר מכן בחר סמן ששיעור הזחלים שלו, GBP, ו-Ph מספק מספיק overhead.ת את רשת משוב כדי למזער את הרצועות קצבי תגובה, לנהל עומסים זמניים עמידים עם סדרות או מבולטים, ולשלם תשומת לב קפדנית לאספקת כוח ל-PTSD, כאשר הם מובילים יותר, עם שיטות הפעלה מתקדמות יותר, כאשר הם מובילים של ספסלים מתקדמים, עם ספסלים, עם ספסלים מתקדמים, עם ספסלים מתקדמים, כאשר הם מובילים, כאשר הם מובילים, עם ספסלים מתקדמים יותר, עם שיטות ניקוי, עם ספסלים מתקדמים יותר, עם ספסלים מתקדמים יותר, עם מחסומים מתקדמים, עם מחסומים גמישים, עם מחסומים מתקדמים, עם מחסומים מתקדמים, עם יעילות, עם מחסומים מתקדמים, עם ספסלים, עם מחסומים גמישים, עם ספסלים, עם ספסלים, עם ספסלים, עם ספסלים, עם יעילות, עם ספסלים, עם ספסלים, עם ספסלים, עם ספסלים, עם מחסומים מתקדמים יותר, עם מחסומים מתקדמים