Жылдамдық өтеу: күшейткіштердегі тұрақтандыру және жолақты кеңейту техникасы
Frequency compensation
Жылдамдық компенсациясы: күшейткіштердегі тербелісті болдырмау, сигналдың жылдам жауабын жақсарту және өткізу қабілетін арттыру. Электроника инженерлік шешімі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электроникада жиілікті өтеу – күшейткіштерде, әсіресе теріс кері байланыс қолданатын күшейткіштерде қолданылатын техника. Оның негізгі екі мақсаты бар: күшейткіштің өзінен қозғалып кетуіне (осцилляцияға) әкелетін қарама-қарсы кері байланыстың пайда болуын болдырмау және күшейткіштің импульстік реакциясындағы асып кету мен тербелісті басқару. Сонымен қатар, ол бір полюсті жүйелердің өткізу қабілетін (жолақтығын) арттыру үшін де кеңінен қолданылады.
In electronics engineering, frequency compensation is a technique used in amplifiers, and especially in amplifiers employing negative feedback. It usually has two primary goals: To avoid the unintentional creation of positive feedback, which will cause the amplifier to oscillate, and to control overshoot and ringing in the amplifier's step response. It is also used extensively to improve the bandwidth of single pole systems.
Түсіндірме
Көбінесе күшейткіштер теріс кері байланыс арқылы басқа да қалаулы қасиеттерді, мысалы бұрмалаудың төмендеуі, шудың төмендеуі немесе температура сияқты параметрлердің өзгеруіне инварианттылықтың артуы сияқты тиімділіктерді пайдаланады. Идеалда, күшейткіштің жиілік реакциясының фазалық сипаттамасы сызықтық болар еді; алайда, құрылғының шектеулері бұл мақсатты физикалық тұрғыдан қол жеткізбейді. Әсіресе, күшейткіштің күшейту сатыларындағы сыйымдылықтар шығыс сигналының кіріс сигналынан әрбір полюсте 90°-қа дейін қалып қоюына себеп болады. Егер осы фазалық кідірістердің қосындысы 180°-қа жетсе, шығыс сигналы кіріс сигналының теріс мәніне тең болады. Күшейткіштің күшеюі жеткілікті болған кезде осы шығыс сигналының кез келген бөлігін инверттеуші (теріс) кіріске беру күшейткіштің тербелуіне әкеледі. Өйткені кері байланыс сигналы кіріс сигналын күшейтеді. Яғни, кері байланыс теріс емес, оң болады. Осы нәтижеге жол бермеу үшін жиілік компенсациясы қолданылады. Жиілік компенсациясының тағы бір мақсаты – 1-суретте көрсетілгендей, күшейткіш тізбегінің қадамдық жауабын басқару болып табылады. Мысалы, кернеу күшейткішіне кернеудің қадамы берілсе, идеалды жағдайда шығыс кернеуінде де қадам пайда болар еді. Алайда, күшейткіштің жиілік реакциясының салдарынан шығыс идеалды емес, және қоңырау пайда болады. Қадамдық жауаптың жеткіліктілігін сипаттау үшін бірнеше өлшемдер жиі қолданылады. Бірі – шығыстың өсу уақыты, ол идеалды түрде қысқа болуы керек. Екіншісі – шығыстың соңғы мәніне бекіну уақыты, ол да қысқа болуы керек. Осы соңғы мәнге бекінудің табыстылығы шамадан асып кету (жауаптың соңғы мәннен қаншалықты артық екендігі) және тұрақтандыру уақыты (шығыстың соңғы мәнге қарай қанша уақыт алға-артқа тербелетіні) арқылы сипатталады. Бұл қадамдық жауаптың әртүрлі өлшемдері көбінесе бір-бірімен қайшылыққа түседі, сондықтан оңтайландыру әдістері қажет. Жиілік компенсациясы қадамдық жауапты оңтайландыру үшін жүзеге асырылады, оның бір әдісі – полюстің бөлінуі. А
Most amplifiers use negative feedback to trade gain for other desirable properties, such as decreased distortion, improved noise reduction or increased invariance to variation of parameters such as temperature. Ideally, the phase characteristic of an amplifier's frequency response would be linear; however, device limitations make this goal physically unattainable. More particularly, capacitances within the amplifier's gain stages cause the output signal to lag behind the input signal by up to 90° for each pole they create. If the sum of these phase lags reaches 180°, the output signal will be the negative of the input signal. Feeding back any portion of this output signal to the inverting (negative) input when the gain of the amplifier is sufficient will cause the amplifier to oscillate. This is because the feedback signal will reinforce the input signal. That is, the feedback is then positive rather than negative. Frequency compensation is implemented to avoid this result. Another goal of frequency compensation is to control the step response of an amplifier circuit as shown in Figure 1. For example, if a step in voltage is input to a voltage amplifier, ideally a step in output voltage would occur. However, the output is not ideal because of the frequency response of the amplifier, and ringing occurs. Several figures of merit to describe the adequacy of step response are in common use. One is the rise time of the output, which ideally would be short. A second is the time for the output to lock into its final value, which again should be short. The success in reaching this lock in at final value is described by overshoot (how far the response exceeds final value) and settling time (how long the output swings back and forth about its final value). These various measures of the step response usually conflict with one another, requiring optimization methods. Frequency compensation is implemented to optimize step response, one method being pole splitting. A
Практика
Жиілікпен өтемалдау күшейткіштің ашық циклдік шығысының немесе кері байланыс желісінің, немесе екеуінің де күшейту және фазалық сипаттамаларын тербеліске алып келетін жағдайларды болдырмау үшін өзгерту арқылы жүзеге асырылады. Мұндай өзгертулер көбінесе кедергі-сыйымдылық желілерін ішкі немесе сыртқы түрде қолдану арқылы жасалады.
Frequency compensation is implemented by modifying the gain and phase characteristics of the amplifier's open loop output or of its feedback network, or both, in such a way as to avoid the conditions leading to oscillation. This is usually done by the internal or external use of resistance capacitance networks.
Басқа әдістер
Компенсацияның басқа әдістері: қорғасынды компенсация, қорғасын-кешігу компенсациясы және алдын ала компенсация. Қорғасынды компенсация. Доминантты полюсті компенсация ашық циклдің жиіліктік сипаттамасында полюстерді орналастырады немесе жылжытады, ал қорғасынды компенсация ашық циклдің жиіліктік сипаттамасында нөлді орналастырады, бұл қолданыстағы полюстердің біреуін жояды. Қорғасын-кешігу компенсациясы ашық циклдің жиіліктік сипаттамасында нөлді де, полюсті де орналастырады, полюстің орналасуы көбінесе ашық циклдің күшейту коэффициенті бірден кем болатын жерде болады. Алдын ала компенсация немесе Миллер компенсациясы конденсаторды күшейткіштің жоғары жиіліктегі сатысын айналып өту үшін пайдаланады, осылайша бұл саты тудыратын полюсті жояды. Бұл үш әдістің мақсаты – күшейткіштің жабық циклдегі тұрақтылығын сақтай отырып, ашық циклдің жолағын кеңейту. Олар көбінесе жоғары күшейтуге және кең жолаққа ие күшейткіштерді компенсациялау үшін қолданылады.
Some other compensation methods are: lead compensation, lead–lag compensation and feed forward compensation. Lead compensation. Whereas dominant pole compensation places or moves poles in the open loop response, lead compensation places a zero in the open loop response to cancel one of the existing poles. Lead–lag compensation places both a zero and a pole in the open loop response, with the pole usually being at an open loop gain of less than one. Feed forward or Miller compensation uses a capacitor to bypass a stage in the amplifier at high frequencies, thereby eliminating the pole that stage creates. The purpose of these three methods is to allow greater open loop bandwidth while still maintaining amplifier closed loop stability. They are often used to compensate high gain, wide bandwidth amplifiers.