Перейти к содержанию

Инверсия фазы ОУ

Если напряжение на входе операционного усилителя выйдет за допустимый синфазный диапазон, у некоторых ОУ выход вдруг перескакивает к противоположной шине питания — как будто сменился знак сигнала. Это называют инверсией фазы. Современные КМОП ОУ от неё защищены, и даташиты прямо это указывают.

Обновлено Редакция GAW

Инверсия фазы (phase reversal) — поведение операционного усилителя, при котором выход скачком переходит к противоположной шине питания, когда напряжение на входе выходит за синфазный диапазон. Сигнал на входе продолжает расти, а выход вместо того, чтобы оставаться у верхней шины, падает к нижней, — схема ведёт себя так, будто знак усиления сменился.

Причина — во входном каскаде: при выходе за допустимый диапазон часть транзисторов уходит из рабочего режима, и каскад перестаёт правильно передавать разность входных напряжений. Инверсия фазы опасна в схемах с обратной связью, регуляторах и компараторах на ОУ: неверный знак выхода может «защёлкнуть» систему в ошибочном состоянии.

Что пишут даташиты КМОП ОУ с rail-to-rail входом:

ОУУказание в даташите
MCP6001/2/4 (Microchip)спроектирован без инверсии фазы при выходе входов за напряжение питания, рис. 2-21
TLV9001/2/4 (TI)нет инверсии фазы при перегрузке входа

Отсутствие инверсии фазы не снимает ограничений на ток входа. Входы этих ОУ защищены диодами к шинам питания: TI требует ограничивать ток, если сигнал выходит за шины больше чем на 0,5 В, а Microchip показывает схему с резисторами последовательно со входами и внешними диодами. Параметры обоих ОУ — в карточке MCP6001 и TLV9001, основы — в статье «Операционный усилитель».

Частые вопросы

Чем опасна инверсия фазы?

В схеме с обратной связью выход, прыгнувший к противоположной шине, тянет вход ещё дальше, и система может защёлкнуться в неверном состоянии. В регуляторе это означает, например, полный нагрев вместо выключения или двигатель на полной скорости в обратную сторону. Поэтому для входов, которые могут выйти за питание, выбирают ОУ без инверсии фазы.

Как узнать, есть ли у ОУ инверсия фазы?

Искать в даташите прямое указание: у MCP6001 Microchip пишет, что ОУ спроектирован без инверсии фазы при выходе входов за питание, и приводит график, у TLV9001 TI указывает «no phase reversal» при перегрузке. Если такого указания нет, безопаснее держать вход в пределах синфазного диапазона.

Значит ли отсутствие инверсии фазы, что на вход можно подавать любое напряжение?

Нет. Отсутствие инверсии касается только поведения выхода. Ток через защитные диоды входов всё равно нужно ограничивать: TI для TLV9001 требует ограничения тока, если сигнал выходит за шины больше чем на 0,5 В, а Microchip советует резисторы последовательно со входами.

Источники

  1. Microchip. MCP6001/1R/1U/2/4: 1 MHz, Low-Power Op Amp (DS20001733L, 2020) — разд. 4.1.1 — MCP6001/2/4 спроектированы так, чтобы не было инверсии фазы при выходе входов за напряжение питания, рис. 2-21; разд. 4.1.2 — защитные диоды входов и ограничение тока резисторами
  2. Texas Instruments. TLV900x Low-Power, RRIO, 1-MHz Operational Amplifier for Cost-Sensitive Systems (SBOS833R, revised November 2021) — разд. 3 — нет инверсии фазы при перегрузке входа; синфазный диапазон шины ±0,1 В; предельные режимы, прим. 2 — входы ограничены диодами к шинам, сигналы, выходящие за шины больше чем на 0,5 В, требуют ограничения тока

Нашли ошибку?

Смотрите также