logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Rzadko zadawane pytania: jak dobrać rezystor w sprzężeniu zwrotnym

ghost666 17 Paź 2015 16:00 2817 1
  • Rzadko zadawane pytania: jak dobrać rezystor w sprzężeniu zwrotnym
    Pytanie: Stabilność w pełni różnicowego wzmacniacza o sprzężeniu napięciowym wydaje się zależeć bardzo mocno od wartości rezystora włączonego w sprzężeniu zwrotnym. Zmiana jego rezystancji wpływa na stabilność działania układu, mimo, że stosunek $${R_{F}}\over{R_{G}}$$ ciągle jest taki sam. Co się dzieje?

    Odpowiedź: Kiedy sygnał analogowy wymaga wzmocnienia, to wzmacniacz jest komponentem pierwszego wyboru. Stosunek wartości rezystorów w dzielniku pętli sprzężenia $$R_{F}$$ i $$R_{G}$$ i w pełni różnicowy wzmacniacz określają wzmocnienie całego układu. Gdy stosunek ten jest ustalony, musimy dobrać wartość $$R_F$$ lub $$R_G$$. Wybór wartości rezystora $$RF$$ może mieć ogromny wpływ na stabilność całego wzmacniacza.

    Wewnętrzna pojemność wejściowa wzmacniacza, którą odnaleźć można w karcie katalogowej układu, wraz z rezystancją $$R_F$$ tworzą filtr dolnoprzepustowy wprowadzając dodatkowy biegun w funkcji transmitancji układu. Jeśli rezystancja $$R_F$$ jest zbyt duża, to biegun ten może mieć wpływ na stabilność całego układu. Jeśli biegun w obwodzie sprzężenia wypada na częstotliwości o wiele wyższej niż granica pasma użytego wzmacniacza, to nie ma problemu, ale jeśli wypada blisko jego częstotliwości granicznej, to redukuje się nam margines fazy, co może prowadzić do niestabilności układu. Częstotliwość bieguna opisana jest równaniem:

    $$f = {{1}\over{1\pi R_{F} C_{in}}}$$


    Gdzie $$C_{in}$$ to wewnętrzna wejściowa pojemność wzmacniacza.

    Rysunek 1 pokazuje wyniki eksperymentalne dla sygnału o małej amplitudzie - na rysunku znajdziemy wzmocnienie w funkcji częstotliwości sygnału dla wzmacniacza ADA4807-1 z napięciowym sprzężeniem zwrotnym, w konfiguracji nieodwracającej, ze wzmocnieniem równym dwa i różnymi opornikami w sprzężeniu zwrotnym - 499 omów , 1 k i 10 k. Karta katalogowa rekomenduje wykorzystanie tej pierwszej wartości.

    Silne podbicie wzmocnienia dla jednej częstotliwości na charakterystyce częstotliwościowej wskazuje na niestabilność układu. Zwiększenie wartości $$R_F$$ z 499 omów do 1 k zwiększa to podbicie w sposób marginalny. Oznacza to, że wzmacniacz ma jeszcze wystarczający zapas fazy by pozostawać stabilnym. Inaczej sprawa się ma w przypadku $$R_F$$ wynoszącego 10 k. Silne podbicie wzmocnienia dla pewnej częstotliwości oznacza potencjalną niestabilność układu i możliwość wystąpienia oscylacji, a taka sytuacja nie jest pożądana.

    Rzadko zadawane pytania: jak dobrać rezystor w sprzężeniu zwrotnym

    Rysunek 1. Wyniki pomiarów układu z różnymi opornikami w sprzężeniu zwrotnym: 499 omów, 1 k, 10 k.
    $$V_{S}$$ =+/-5 V, $$V_{OUT}$$ = 40 mVp-p, $$R_{LOAD}$$ = 1 k, G = 2.

    ($$V_s$$ - napięcia zasilania wzmacniacza, $$R_{load}$$ - rezystancja obciążenia wzmacniacza, nie pokazana na schematach)

    Rzadko zadawane pytania: jak dobrać rezystor w sprzężeniu zwrotnym
    Rysunek 2. Wyniki symulacji SPICE wykorzystujące model układu ADA4807 z różnymi opornikami w sprzężeniu zwrotnym: 499 omów, 1 k oraz 10 k.
    $$V_{S}$$ = +/- 5 V, $$V_{OUT}$$ = 40 mVp-p, $$R_{LOAD}$$ = 1 k, G = 2.


    Oczywiście laboratoryjne sprawdzanie układu nie jest obligatoryjnie konieczne dla wykrycia potencjalnych niestabilności. Rysunek 3 pokazuje wyniki symulacji programem SPICE, z tymi samymi wartościami opornika $$R_{F}$$ = 499 omów, 1 k oraz 10 k. Przebiegi pokazane na rysunku 3 to odpowiedź układu na pobudzenie sygnałem prostokątnym, pokazujące wpływ wartości $$R_F$$ na stopień niestabilności układu wzmacniacza.

    Jak sobie z tym poradzić? Wystarczy wprowadzić do transmitancji układu dodatkowe zero przez dodanie równolegle do rezystora $$R_F$$ niewielkiej pojemności. Wyniki działania takiego układu pokazano na rysunku 4.

    Rzadko zadawane pytania: jak dobrać rezystor w sprzężeniu zwrotnym
    Rysunek 3. Odpowiedź impulsowa wyznaczona z wykorzystaniem modelu SPICE układu ADA4807 z różnymi opornikami w sprzężeniu zwrotnym: 499 omów, 1 k, 10 k.
    $$V_{S}$$ = +/-5 V, $$V_{OUT}$$ = 40 mVp-p, $$R_{LOAD}$$ = 1 k, G = 2.

    Rzadko zadawane pytania: jak dobrać rezystor w sprzężeniu zwrotnym
    Rysunek 4. Odpowiedź impulsowa układów z rys.3 po dodaniu równolegle z $$R_{F}$$ pojemności $$C_{F}$$ = 3,3 pF. $$R_{F}$$ = 499 omów, 1 k, 10 k.
    $$V_{S}$$ = +/-5 V, $$V_{OUT}$$ = 40 mVp-p, $$R_{LOAD}$$ = 1 k, G = 2.


    Podczas wyboru rezystora sprzężenia zwrotnego należy znaleźć złoty środek pomiędzy: wydzielaną na nim mocą, pasmem pracy układu i stabilnością wzmacniacza. Jeżeli czynnikiem krytycznym jest moc wydzielana na tym rezystorze, a wartość zalecana w karcie katalogowej nie może być użyta lub musi być większa, to
    opcją jest zbocznikowanie rezystora $$R_F$$ pojemnością. Uzyskamy wtedy stabilność układu kosztem zawężenia jego pasma przenoszenia.

    Jeżeli szybkość układu jest parametrem krytycznym projektu, to zaleca się użyć wartości zalecanych w karcie katalogowej wzmacniacza.

    Ignorowanie wpływu wartości rezystora $$R_{F}$$ na stabilność, pasmo i wydzielane moce może doprowadzić do ograniczenia możliwości układu i nie uzyskania jego pełnych możliwości.

    Źródło: http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/49-10/raq_122.html

    Od redaktora - zacząłem korzystać z znaczników TeX-a do formatowania matematyki w tekście, proszę czytających o opinie (na PW lub ew. tutaj jak to wygląda w odbiorze).

    Fajne? Ranking DIY
    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.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2 15081342
    Paweł Es.
    VIP Zasłużony dla elektroda
    Uwagi redakcyjne:

    1) Przy używaniu znaczników Tex-a należy uważać na nawiasy (ich obecność w
    danym miejscu i kierunek), bo to ma wpływ na efekt końcowy lub jego brak.

    2) Przy ułatwianiu sobie pracy funkcją copy-paste należy dokładnie sprawdzać
    kopiowany pierwowzór by nie powielać błędów. W podpisach pod
    rysunkami powinno być 499Ω, a nie 499kΩ.

    3) Należy uważać na nazwy, użyty wzmacniacz to ADA4807, a nie AD4807 ani
    AD4870.

    4) Należy uważać na literówki (szczególnie w końcówkach słów, bo tego
    automatyczna kontrola pisowni nie wyłapie.

    5) Przy tłumaczeniu należy uważać na tekst oryginalny, bo tam w tekście jest
    w kilku miejscach co innego niż w tłumaczeniu (nie oddano sensu).

    6) Tłumaczenie słowo w słowo nie zawsze jest najlepsze !

    Uwagi merytoryczne:

    Smutno mi to pisać ale przy tłumaczeniu tekstów technicznych należy jednak znać tłumaczoną tematykę, a nie tylko sam język, dzięki temu wykrywa się też błędy własne tłumaczenia.

    Sam tekst źródłowy zawiera błędy merytoryczne, pominięcia lub też nadmierne skróty myślowe, co niestety należało wyłapać biorąc się za jego tłumaczenie.

    Otóż, np. częstotliwość dodatkowego bieguna wprowadzanego przez rezystory sprzężenia i pojemności w układzie wynosi:

    $$f =\frac{1}{2\pi (R_f||R_g)C_{in}}$$


    || - połączenie równoległe

    W przypadku Rf=Rg we wzorze należy podstawić połowę wartości rezystancji Rf (lub Rg)

    Pojemność $$C_{in}$$ jest w układzie rzeczywistym sumą pojemności wejściowej wzmacniacza operacyjnego (podawanej w karcie katalogowej) i pojemności montażowej pomiędzy tym wejściem i masą. Przy złym zaprojektowaniu płytki drukowanej pojemność ta może znacznie przekraczać pojemność wejściową samego wzmacniacza.

    Dodanie dodatkowej pojemności bocznikującej rezystor Rf powoduje powstanie w układzie sprzężenia dobrze znanego dzielnika skompensowanego, gdzie, jeżeli zachowa się równość:

    $$(C_{in} + C{mont})*R_g = C_f*R_f$$


    to następuje w szerokim zakresie częstotliwości skompensowanie
    efektu dolnoprzepustowego wynikającego z istnienia pojemności wejściowej i montażowej. Oczywiście nie działa to do nieskończonych częstotliwości, bo same rezystory też nie są idealne (istnieje pojemność montażowa pomiędzy końcówkami i indukcyjności doprowadzeń).

    W przypadku Rf=Rg, pojemność Cf powinna być możliwie bliska wartości Cin+Cmont, co realnie oznacza pojemność rzędu pojedynczych pikofaradów.

    PS Wygląda, że okienko pozwalające na wnoszenie poprawek wycina symbole inżynierskie (znak Ohma i +/-) zastępując je znakiem zapytania
REKLAMA