Giriş Giriş Giriş

Operasyonel yükselteçler (op-amps) güç, doğrulanmış servo sürücüleri yöneten analog kontrol döngülerini değiştirir, PID sıcaklık düzenleyicileri ve havacılık uçuş-uzaylı hareketleyiciler. Her durumda, kontrol sistemi genel bir performansa tepki vermek için ihtiyaç duyar.Albert kollarını oluşturan bir taktiksel koltur, çünkü pozisyon döngüsü çok yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş bir şekilde zarar verebilir veya bir pickuz.

Bu makale, mikrosaniye seviyesindeki yerleşmeye yönelik bir yazara dayalı, kontrol döngüsüne ulaşmak için pratik bir yaklaşım sunar. Biz bant genişliği, yarı hız, düzen, geri bildirim ağı tasarımı ve tazminat stratejileri, her zaman kontrol etmek için devre teorisine bağlantı kurmak. yüksek hızlı bir servo sürücü veya hassas bir sensör şartlandırmak için, burada prensipler hız ve istikrar sağlar.

Hangi Yanıt Zaman Bir Kontrol Context'de Demektir

Bir kontrol döngüsünde, af-amp bir hata yükselticisi, bir bütünleme veya toplamışçısı olarak hareket edebilir. Genel yanıt süresi iki metrik ile karakterize edilir: 10-% 90.FLT:0)settling zaman) bir adımdan sonra, ve [[Döneticilik süresi[Döneticileri) ve küçük bir tasarıma sahip olmak için, ancak hızlı bir şekilde sabitlenmeli.

Yanıt zamanı sadece af-amp'ın kendi küçük imzalayıcısı değildir. Kombinasyon pasif bileşenler ve kapasitif yük ile geri yükleme, baskın kutuplar değişimi.Bir veri sayfasında hızlı görünen bir tasarım, tasarımda erken veya osilasyonel geçiş haline gelebilir.Achieving fast response anlayış gerektirir ve yükseltici, geri bildirim ağı ve yük arasındaki Interplay'i yönetmek için geri yükleme gerektirir.

Op-Amps'ın Anahtar Fiziksel Sınırları

Slew Rate: Büyük Çıkış Hız Sınırı

Slew oranı (SR), çıktı geriliminin değişebileceği en yüksek orantır, V/μs'de ifade edilir. öncelikle iç tazminat kapasitörden sorumlu olmak için mevcut olan mevcut. büyük bir adım talep edildiğinde, giriş diferansiyel çift saturates ve tam kuyruklar doğrudan tazminata bağlanır.

[FONT=0)FPBW = SR / (2: · V).

Bir kontrol sistemi 100 kHz'de bir ±10 V çıktısını sallamak zorundaysa, gerekli oran en az 2 ⁇ 10·100k ⁇ 6.3 V /μs. yetersiz bir yığın oranı ile bir af-amp, geri bildirim ağının tedavi edemeyeceği 10 V adımını 200'den fazla PID kontrolörleri altında tutmalıdır, bütünleme oranın lineer dinamikleri devirme kapasitesinin düşmesi gerekir. Örneğin, 100 V / μs ile birlikte bir yükseltilen yükseltici yükseltici yükseltilebilir.

BBand geniş ürün ve kapalı-Loop Response

Küçük imzalı bant genişliği, gürültü ile ayarlandığında G, kapalı anahtar bant genişliğine ihtiyaç duyarsa, 10.000 $ 'lık bir artışla (GBP) en az 10 MHz GBP için bir afampiyona ihtiyaç duyar. Ancak, yüksek frekanslarda, yüksek frekanslarda, yüksek frekanslarda, yüksek taşımalarda elde edilen hataların elde edilmesi için mevcut olan döngü kazanç elde edilir.

Mevcut besleme (CFB) yükselteçleri farklı davranır: bant genişliği gürültü kazanç yerine geri bildirime bağlıdır ve 4100 V / μs ve ultra hızlı kontrol çevrimleri için idealdir, ancak CFB'yi kullanırken, üretici ve istikrara karşı dikkatli bir dikkat gerektirir.For8000)AD8000) Analog cihazlardan alınan 4100 V / μs ve bant genişliği için idealdir.

Faz Margin ve Compensation

Her pratik opamp fazı frekansıyla artış gösterir. [Ücretsiz:0)fak marjı) - birlik frekansı ve -180 ° - geçici yanıt için 45°C'nin bir faz marjı, yaklaşık% 3'ün üzerinde hızlı bir şekilde yerleşmek için; daha az 30 °'dan fazla dış geri yükleme noktaları ve potansiyel osilasyona yol açar.

Doğru Yüksek Hız Op-Amp'ı seçin

Hızlı kontrol sistemleri için, af-amp seçimi veri sayfası ön sayfa numaralarının ötesine geçmelidir. Anahtar parametreler şunları içerir:

  • [FONT:0]Slew oranı[[Dönetici:0) - planlanan döngü bantlarında gerekli çıktıyı destekler.
  • [FONT:0)Gain-band genişlik ürün[[DÜT:1) veya [[Dönetici:2)-3 dB bant genişliği) - geçitte yeterli döngü kazanç sağlar.
  • [FONT:0]Settling zamanı[[[Dönetici: 1 ) - genellikle% 0.1 veya 0.0% 0.00.0 hata grubu için bir adımdan sonra belirtilir; ezilen ve küçük imzalı yerleşmeyi birleştirir.
  • [FONT=0)Input gerilim gürültü [DÜDÜT:1] ve [[Dönemli gürültü) - gürültü zeminini ayarla ve hassas döngülerde karar verebilir.
  • [0]Toplu harmonik dist + gürültü (THD+N)) - yüksek frekanslarda lineerlik için önemlidir.
  • [FONT=0)Output gerilimi hız vs. frekansı[Dönder: 1) Bazı af-ampler, sınır dışı etmek nedeniyle yüksek frekanslarda sallanıyor.

Tek “en iyi” kısmı mevcut değildir; seçim, hızlı servo yükselticiler için ideal olan 200 inçlik bant genişliği ve 120 V / μs'ye bağlıdır. Örneğin, [[Dönetici düzeltmeler:0)Analog Cihazları AD8021[FLT] ile sensör kontrolü için yüksek çözünürlükte 200 inçlik bant genişliği ve 120 V / μs hız yükseltildiğinde, hızlı bir şekilde yükselteçmiş yükselteçmiş yükselteçmiş yükselteçmiş yükselteçmiş yükselteçmiş yükselteçmiş yükselteçleri otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak doğrulanır.

Hızlı Devre Tasarımı Teknikleri

Geri bildirim Ağı Optimizasyonu

Frekansın geri çekilmesi, geri dönüşler (R[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli) pdf · 4/01) Bu, sönüllülükten elde edilen en küçük sönük değerlerin en yüksek düzeyden çıkarılmasına veya daha yüksek çözünürlükte (D) uygun şekilde yükseltilmesine olanak sağlar.

Capacitive Loads

Capacitive yükleme hızlı bir algın tepkinin düşmanıdır. Hafif bir yük, açık kaynaklı dirençle bir kutup oluşturur, faz marjını azaltır.In control systems where the op-amp drive long kabloları or the door of a power MOSFET, load cleance may reach on to hundreds of picofarads. Mitigation teknikleri şunları içerir:

  • [FONT:0)Isolation direnor:[Dönetici:[Dönetici:0)) Küçük bir direnişçi (-50 ULL) çıktı ve geri bildirim noktasından yük demet ve yük demserlik, sadece hafif bir DC gerilimi düşüşü ile stabiliteyi geliştirmek.
  • [FONT:0)CC-compensation:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir geri bildirimle seride bir kapasiteye sahip olan A kapasitor, bir izolasyona ihtiyaç duymadan yüksek frekanslı geri bildirim sağlar.
  • [FONT:0]Buffer sahne:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir birlik içinde bir araya gelir (örneğin, BUF634) geri bildirim döngüsündeki kapasitörleri doğruluktan korurken ayırır.

Çok büyük kapasiteli yükler (nF aralığı), yerel geri bildirimlerle bir çıkış noktası düşünün. Bu tür bir kompozit yükselteç, iç ve dış döngü faz marjlarının dikkatli analizini gerektirir, ancak olağanüstü hız ve sürücü yeteneği verebilir.

Güç Supply ve Layout

Yüksek hızlı artırılmış amorflar, geniş bir frekans aralığında düşük bir enerji tedarikine ihtiyaç duyar. Zavallı decoup tedarik edilen gürültüyü ve yükselticilerin yanıtını sağlar. Bypass kapasitors her tedarik pimine birkaç milimetre içinde yer almalıdır: yüksek frekanslılar 10 μF düşük kapasiteli bir zeminle paralel olarak doğrudan geri dönmeli.For design 1 GHz, ayrı RC veya LC filtrelemesi için tedarik noktaların sabit kalması gerekir.

Layout etkiler parasitik indükleme ve kapasitance ile zaman verir. Yüksek giriş düğümleri fiziksel olarak küçük ve onları zemin dökme ile çevreler.Sürekli yapılandırma konfigürasyonları özellikle hassastır; bir bekçi yüzüğü, non-inverting girişleri sızıntıyı azaltabilir. ayrı analog zemin dijital ve güç-taraflı geri dönüş akışlarından ayrı bir şekilde geri dönüş yapar.[T:1] Hızlı izleri, uzun zaman aralığının bir sırasını aşıyor.

Aggressive Speed için Gelişmiş Açıklama

Standart opamps, birleşme için telafi edilir, bu cihazlar genellikle minimum (örneğin, ≥ 5) ve hata yükselticisi sabit bir kazançta çalışırken daha hızlı bir şekilde gerçekleşir.Örneğin, OPA656, TI'dan elde edilen artışlar için sadece belirtilen minimumdan daha yüksek bir performans sağlar.

Dış tazminat programları daha da büyük bir kontrol sağlar. AAHRAT:0)Ehli-lag ağı[Döneticileri) geri yüklemeden önce sıfır ekler, yüksek frekanslı kutuplar sınırlı olduğunda, PID kontrolörleri, stabiliteyi korumak için bir direnç frekansı daha yüksek bir şekilde geri alabilir.

Feed forward Compensation

Feed forward teknikleri, af-amp'ın sinyal yolundaki en yavaş bölümünü atlar. Küçük bir kapasitör, girişten elde edilen tazminat pimi yüksek frekanslı dönüştürücüler için doğrudan, hızlanan yüksek koşullara kadar hızlanabilir. Bu, iç mimarlıkta samimi bilgi gerektirir, ancak doğru uygulandığında, veri tablo özelliklerinin ötesine zaman ayırabilir. Özel entegre devreler, besleme yolları yüksek frekanslı güç dönüştürücüler için nanosaniye yerleşmesine ulaşır.

OTABased Structures kullanarak

Operasyonel transkondüktörleri (OTA) ayrı bir tazminat ile (örneğin, LM13700) tasarımcının açık bir kutup tarafından kontrol edilmesine izin verir.Alanış kazanmak için uygun bir dış tazminat ve güç ticaret-offları sağlar, bu, belirli bir güç bütçesi için sabitlenmeli sistemlerde zaman değiştirmesi gerekenleri gösterir.

Yardımcı Amplifiers kullanarak aktif bir şekilde ifade

Tek bir af-ampin aynı anda bant genişliğiyle, yarıkırlık ve hassas gereksinimlerle aktif bir tazminat yardımcı olabilir. Örneğin, hızlı bir aşama hassas bir bütünleme veya yavaş yüksek bir aşama aşamasının hızlı bir dış döngü içinde ihmal edilememesi (komposite yükselticisi).

Test ve Doğrulama Zaman Zaman Zaman Zaman

Devre inşa edildikten sonra, gerçek yanıt süresi gerçekçi koşullar altında ölçülmelidir. Bir adım soru testi hem küçük imzalı hem de büyük imzalı davranışı ortaya çıkarır. 1 ns ve yüksek bant genişliğine sahip bir oscilloskopu kullanarak bir çalışma süresine sahip olmalıdır (aktif FET testi 1 pF giriş kapasitesi altında). tam olarak sabit bir geri yükleme işlemine izin vermek için yeterince tekrarlama hızına sahip olmak için düşük bir tekrarlama işlemine izin vermek için yeterli olacaktır.

Bir güç aşaması içeren kontrol döngüsü için, gerçek yükte ölçül. Bir frekans-response analizci veya ağ analizörü, düşük (örneğin, 10 Hz) düşük frekanslı (örneğin, 10 Hz) ve beklenen geçişin üzerinde iyi bir şekilde kullanılabilir.

Bütün Birlikte Oluşturun: Hızlı Bir PID Controller Örnek

Hata yükselticisinin tam ölçekli 5 V adımını yerine getirmesi gereken bir PID kontrolörünü düşünün.InvertingCompor has have a slew rate > 2.5 V /μs (5 V in 2 μs) A decompensor across it to cancel the pole power and 50 V /μs SR Bu gereksinimi karşılar, yüksek kazanç sağlayan küçük bir entegrasyon cihazını düşük frekanslarda yüksek oranda düşürür.

Böyle bir tasarım, hızlı yanıt süreleri, hem akorun iç sınırlarına hem de dış devre ortamına saygı gösteren bir koherent stratejiden geldiğini gösteriyor.Bu tür bir tasarım, seçim, düzen, tazminat ve teste göre, mikrosaniye düzeyinde kontrol elde edebilirsiniz.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Operasyonel yükseltici sistemlerde hızlı yanıt süreleri bir disipline edilmiş bir yaklaşım talep eder. Gerekli döngü bant genişliği ve zaman ayırma konusunda net bir tanımla başlayın, sonra temel araçları olan bir af-amp seçin ve faz marjı parasitik kutupları en aza indirmek için geri bildirim ağınızı optimize edin, kontrol noktalarına karşı direnç gösteren yüklere karşı dayanıklı yükler yapın ve en sonunda bu ölçümlere dikkat edin.