Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Kompensacja sprzężenia prądowego w aplikacjach pomiarów fotoprądu - część 4

ghost666 04 Lip 2013 10:00 4263 0
  • Wykorzystanie miejsca zerowego powstałego po dodaniu CF do eliminacji bieguna powodowanego przez pasożytniczą pojemność

    Teraz, gdy już rozumiemy, jakie konsekwencje ma zastosowanie kondensatora w pętli sprzężenia zwrotnego naszego układu możemy bezpiecznie wykorzystać CF do kompensacji pasożytniczej równoległej pojemności źródła prądowego.

    W równaniu 6 pokazana jest wartość wzmocnienia układu z pasożytnicza pojemnością źródła prądowego. Rozważmy co się stanie gdy dodamy do tego układu kondensator CF w pętli sprzężenia zwrotnego. RF i CF zastąpmy wartością ZF, dla uproszczenia. Poniżej pokazany jest modelowany układ.

    Kompensacja sprzężenia prądowego w aplikacjach pomiarów fotoprądu - część 4


    I jego wzmocnienie:

    Kompensacja sprzężenia prądowego w aplikacjach pomiarów fotoprądu - część 4 (12)


    a wzmocnienie pętli wyniesie:

    Kompensacja sprzężenia prądowego w aplikacjach pomiarów fotoprądu - część 4 (13)


    Bieguny i miejsce zerowe tej funkcji nie zmieniają się, z wyłączeniem bieguna powodowanego przez dodanie CF. Z Kompensacja sprzężenia prądowego w aplikacjach pomiarów fotoprądu - część 4 przesuwa się on do Kompensacja sprzężenia prądowego w aplikacjach pomiarów fotoprądu - część 4.

    Dodawanie się C do CF sprawia że możliwym jest przesuwanie pozycji bieguna. Co więcej, można przesunąć go tak, aby wypadał w miejscu zerowym funkcji, co powoduje efektywne znoszenie pojemności źródła prądowego C. Aby wyznaczyć CF musimy dokonać szeregu obliczeń:

    Kompensacja sprzężenia prądowego w aplikacjach pomiarów fotoprądu - część 4 (14)


    W takim układzie, gdy dokonaliśmy dobrania CF pod kątem minimalizowania wpływu pojemności pasożytniczej źródła prądowego wzmocnienie pętli sprzężenia da się wyrazić wzorem:

    Kompensacja sprzężenia prądowego w aplikacjach pomiarów fotoprądu - część 4 (15)


    Podstawową trudnością przy rozwiązywaniu równania 14 jest określenie Ro, które nie musi być podane w karcie katalogowej użytego wzmacniacza, a co więcej nie musi być nawet stałe. Jednakowoż dobranie parametrów nie musi być idealne, tj. biegun nie musi znajdować się dokładnie w miejscu zerowym dopóki nachylenie krzywej wzmocnienia jest rozsądnie bliskie -20 dB/dekadę podczas przechodzenia przez wartość 0 dB. Równanie 14 pokazuje nam że CF liniowo zmniejsza się wraz z wzrostem Ro, co wynika z tego że opornik Ro zwiera oba wyprowadzenia kondensatora CF skutecznie zmniejszając jego skuteczność do zera dla zerowej pojemności. Równanie 14 da się przekształcić do formy Ro * C = RF * CF, która - bardzo słusznie - przypomina nam podobną zależność (RG*CG=RF*CF) dla wzmacniaczy z sprzężeniem napięciowym. Niestety jest pewna cena którą trzeba zapłacić za stabilizowanie naszego wzmacniacza w ten sposób. Kondensator CF w pętli sprzężenia zwrotnego wprowadza w funkcji wzmocnienia pętli biegun przy wartości Kompensacja sprzężenia prądowego w aplikacjach pomiarów fotoprądu - część 4 jak widać w równaniach 12 i 15. Wzmocnienie w zamkniętej pętli, opisane równaniem 15, można wyobrazić sobie jako dwa kaskadowo połączone systemy, przez co ich funkcje przejścia są przez siebie przemnożone. Pierwszy system opisywany jest lewą częścią równania 15 wyrażanoą w omach, a drugi prawą, bezwymiarową.

    Odpowiedź drugiego sygnału zależna jest od wzmocnienia pętli sprzężenia i może być modelowana jako funkcja przejścia pierwszego rzędu tak długo jak wartość wzmocnienia przechodzi przez wartość 0 dB przy nachyleniu -20 dB na dekadę. Podstawowa teorią sprzężenia pokazuje że jeśli ten warunek jest spełniony wzmocnienie w zamkniętej pętli sprzężenia drugiego systemu wynosi jeden jeśli wzmocnienie pętli >> 1, jeśli wzmocnienie pętli << 1 to śledzi jego wartość. Punkt 3 dB w zamkniętej pętli znajduje się przy częstotliwości gdzie wzmocnienie pętli przekracza 0 dB (a jeśli nachylenie jest większe niż wspominane -20 dB na dekadę możemy spodziewać się powstanie jakichś dodatkowych pików w tym rejonie). W stabilnym wzmacniaczu drugi system może zostać zatem przybliżony jako filtr dolnoprzepustowy pierwszego rzędu z jednostkowym wzmocnieniem i częstotliwością odcięcia wypadającą w miejscu gdzie charakterystyka pętli sprzężenia przekracza wartość 0 dB. Funkcja przejścia pierwszego systemu jest odwrotnością współczynnika sprzężenia i wyraża się jako prosta funkcja pierwszego rzędu z odpowiedzią dolnoprzepustową, dla prądu stałego charakteryzowana wartością RF i częstotliwością progową Kompensacja sprzężenia prądowego w aplikacjach pomiarów fotoprądu - część 4 .

    Intuicyjnie, dodatkowy biegun wynikający z dodania CF ma dużo sensu ponieważ napięcie wyjściowe powstaje na skutek prądu płynącego przez impedancję pętli sprzężenia zwrotnego, której impedancja spada z wzrastającą częstotliwością sygnału. Biegun formuje się gdy reaktancja CF wynosi RF. Taka sama sytuacja pojawia się w wzmacniaczach z napięciowym sprzężeniem zwrotnym. Dodatkowo pasmo w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego może być lekko zwiększone poprzez delikatne zmniejszanie CF od wartości z równania 14, co powoduje przesuwanie się bieguna częstotliwości i redukcję marginesu fazy. Taką operację jednakże najlepiej przeprowadzić doświadczalnie, na gotowym prototypie.
    Źródła:
    http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/47-07/current_feedback.html

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9555 postów o ocenie 7620, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.