Làm thế nào để giữ op amp mất bù trong vùng tuyến tính?

Lý lịch

Đối với các ứng dụng transimpedance, bạn muốn giữ op amps trong vùng tuyến tính của chúng và tránh bão hòa op amp và phục hồi quá mức.

Điều này có thể được thực hiện với một mạch điều khiển khuếch đại tự động đơn giản khi sử dụng op amp ổn định đạt được sự thống nhất, vd

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Khi diode bật, đáp ứng vòng kín duy trì cùng băng thông, nhưng cường độ của nó bị giảm. Hệ số phản hồi tần số cao Cfeedback / (Cfeedback + Cin) tiếp cận 1, nhưng nó không phải là vấn đề vì op amp đạt được sự thống nhất ổn định. Tôi đã thực hiện điều này với OPA656 và nó hoạt động tốt.

Điều này sẽ không hoạt động với một bộ khuếch đại mất bù. Nó sẽ dao động khi có quá nhiều phản hồi tần số cao. Tôi đã thấy điều này với OPA846.

Câu hỏi

Làm thế nào để bạn giữ một bộ khuếch đại mất bù trong vùng tuyến tính của nó trong một ứng dụng transimpedance?

Tôi đã thử mô phỏng mạch bên dưới, với hy vọng rằng việc chuyển đổi điện dung đầu vào thêm sẽ làm giảm phản hồi tần số cao, nhưng kết quả rất kém.

^{mô phỏng mạch này}

Các giá trị thành phần trong sơ đồ không phải là những gì tôi đang sử dụng trong mạch thực tế của tôi. Chúng là các giá trị tròn để đơn giản hóa việc thảo luận về mạch, ví dụ hệ số phản hồi tần số cao của mạch đầu tiên khi diode bị tắt là 1/101. Các giá trị thành phần thực tế của tôi được điều chỉnh cho tốc độ tối đa, gần với độ ổn định, không được biết chính xác do ký sinh trên bảng và sẽ bị phân tâm khỏi câu hỏi.

Nếu bộ khuếch đại của bạn hoạt động tốt ở mức dòng điện thấp với OPA846 và sự cố chỉ xảy ra ở mức cao, thì tôi tin rằng bạn sẽ có ba khả năng:

1) Giảm R1 để bạn có mức tăng transimpedance ít hơn: Sẽ có nhiều phạm vi hơn cho dòng điện, nhưng bạn sẽ mất độ phân giải (khuếch đại).

2) Điều chỉnh mạch giới hạn khuếch đại (R2, C2, D1 từ sơ đồ đầu tiên trong câu hỏi của bạn): Nếu mạch này hoạt động tốt với OPA656, có lẽ bạn cũng có thể làm cho nó hoạt động với OPA846. Hãy thử thay đổi R2, để nhánh điều khiển khuếch đại không làm cho mạch không ổn định.

3) Thêm bù vào mạch bằng cách thay đổi C1 hoặc tăng C3. Tôi có ấn tượng rằng nếu mạch hoạt động tốt với OPA656, nhưng có vấn đề với OPA846, thì đó có thể là một vấn đề bù.

Theo tôi biết, có thể khó có thể nghĩ về một mạch giới hạn dòng điện cho photodiode vì biên độ điện áp liên quan thường rất thấp.

Cái thứ hai có thể đã hoạt động nếu Q1 thay vào đó là MOSFET. Cả hai đều giới thiệu phi tuyến đáng kể gần ngưỡng. Đây là một sự thay thế.

Một cái gì đó như thế này:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Trong đó R3 / R4 (độ trễ) và R6 (tải) cần được chọn để tránh dao động giữa chế độ tăng cao và tăng thấp khi gần đến ngưỡng.

Bạn có thể sẽ cần phải điều chỉnh cách các máy bay được điều khiển (dòng cổng được khuếch đại D :).

Quan sát chung

Tất cả các OPAMP đều có mức tăng vòng kín tối thiểu.

OPAMP được bù để đảm bảo biên độ pha tối thiểu ở mức tăng tối thiểu được chỉ định (thường là 0,1).

Nếu bạn muốn cả tốc độ cao và ổn định với OPAMP không bù và có mức tăng thấp, thì bạn phải tự bù lại.

Liên quan đến tính tuyến tính: thông tin phản hồi đảm bảo tính tuyến tính, không quá nhiều tính tuyến tính của chính vòng lặp mở của opamp.

Quan sát cụ thể

Vấn đề xảy ra là do AGC - với mức tăng cao, mọi thứ đều ổn, nhưng với mức tăng thấp thì không. Vì vậy, bạn cần đảm bảo rằng bạn vẫn đạt được mức tăng cao từ quan điểm của AOP hoặc bạn cần phải bù đắp cho opamp trong những trường hợp này.

1. Bạn có thể cố gắng giảm mức đầu vào thay vì giảm mức tăng.
2. Bạn có thể cố gắng thêm bồi thường khi giảm mức tăng.

Trong sơ đồ của bạn với Q1, tôi lưu ý rằng Q1 thường sẽ không dẫn điện vì điện áp đầu ra thường cao hơn điện áp đầu vào. Nhưng khi do dao động, điện áp đầu ra sẽ thấp hơn đầu vào, phản hồi thực sự cao hơn bởi vì dòng điện đầu vào của bạn đang bù - đó là phản hồi! Vì vậy, bạn đang giảm mức tăng và đưa OPAMP trong khu vực không ổn định.

Gợi ý

Để hạ thấp đầu vào, bạn có thể thêm một diode bình thường ở chế độ chuyển tiếp. Nó sẽ dẫn ít khi máy thu có đầu ra thấp và hơn nữa khi đầu ra của máy thu cao - do đó hoạt động như một AGC. Nó sẽ cần một số lựa chọn mô phỏng và diode để tìm ra tối ưu. Đây không phải là phản hồi từ OPAMP vì vậy nó không ảnh hưởng đến mức tăng vòng kín của nó.

Một vấn đề khác với phương pháp của bạn khi sử dụng Q1 là phân tích tín hiệu nhỏ áp dụng cho mọi thứ. Tôi nghĩ rằng bạn nên có một mạch chỉnh lưu để có một phản hồi trung bình. Nếu phản hồi AGC là dòng có tần số thấp, thì nó không làm tăng phản hồi tần số cao của bạn nhiều hơn tần số thấp hơn.

Để giữ cho phản hồi tần số cao của bạn ở mức thấp, bạn nên chặn đường dẫn phản hồi cao hơn cho tần số cao. Bạn có thể thêm một cuộn cảm trong chuỗi đường dẫn phản hồi hoặc có thể thêm một tụ điện bỏ qua để nối đất trong đường dẫn phản hồi của bạn.

Thêm bù cho tần số cao chỉ khi mức tăng thấp, có vẻ khó khăn hơn. Một tụ điện biến điện áp có thể giúp làm cho bộ lọc RC thích ứng với mức tín hiệu, nhưng có vẻ khó điều chỉnh hơn.

Tôi hy vọng những suy nghĩ này sẽ giúp bạn.