Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Rzadko zadawane pytania: zastanów się nad opornikiem w pętli

ghost666 10 Jan 2017 20:26 2718 2
  • Rzadko zadawane pytania: zastanów się nad opornikiem w pętli
    Pytanie: Wybieram właśnie wzmacniacz operacyjny do mojego precyzyjnego toru analogowego. Czy szybszy nie będzie lepszy?

    Odpowiedź: Projektując tor analogowy z wzmacniaczem operacyjnym (op-ampem) trzeba zwrócić uwagę na wiele krytycznych elementów. Jednym z nich jest rezystor umieszczony w pętli sprzężenia zwrotnego układu (RF) - tak w torze symetrycznym jak i niesymetrycznym. Jeśli w naszym układzie najważniejsza ma być szybkość i pasmo, to zastosujmy się do poradnika, jaki umieszczałem na Elektrodzie kilka miesięcy temu - zasadniczo wskazuje on, że najlepiej jest wykorzystać opornik o rezystancji takiej, jak przewiduje aplikacja z noty katalogowej układu. Jednakże w naszym systemie może chodzić o np. minimalizację strat albo większe wzmocnienie sygnału - wtedy wybór większej wartości RF może okazać się właściwy.

    Wraz z zwiększaniem się RF i zwiększaniem się wzmocnienia układu, dobór tego opornika upraszcza się. Wraz z zwiększaniem się wzmocnienia destabilizujący wpływ opornika w pętli i pojemności wewnętrznej op-ampa zmniejsza się. Wraz z zwiększaniem się wzmocnienia układ będzie mniej podatny na powstawanie lokalnych maksimów w widmie wzmocnienia w funkcji częstotliwości.

    Przykład pokazany na rysunku 1 obrazuje wyniki pomiaru znormalizowanej odpowiedzi częstotliwościowej układu AD4807-1 - niskoszumnego wzmacniacza operacyjnego z sprzężeniem napięciowym i wyjściem oraz wejściem typu rail-to-rail. Układ pracował z opornikiem RF = 10 k? i wzmocnieniami wynoszącymi 11 V/V, 21 V/V, 31 V/V.

    Unoszenie się wzmocnienia dla okolic częstotliwości granicznej układu dla małych wzmocnień jest wynikiem niestabilności układu - gdy wzmocnienie zwiększa się, to charakterystyka powraca do bardziej pożądanej i nie odchyla się od niej o więcej niż 1 dB. Oznacza to, że przy takim oporniku RF układ pracuje stabilnie dla większych wzmocnień.

    Rzadko zadawane pytania: zastanów się nad opornikiem w pętli
    Rys.1. Wyniki pomiarów charakterystyki częstotliwościowej dla RF = 10 k? i wzmocnień równych 11 V/V, 21 V/V oraz 31 V/V.



    Rzadko zadawane pytania: zastanów się nad opornikiem w pętli
    Rys.2. Wyniki symulacji SPICE działania takiego samego jak powyżej układu dla RF = 10 k?, VS = ?5 V, obciążeniu 1 k? oraz wzmocnieniu 2 V/V i 31 V/V.


    Problemy ze stabilnością nie są widoczne tylko w pomiarach - można ich w ogóle nie przeprowadzać, a skorzystać tylko z symulacji SPICE. Wyniki takiej symulacji pokazano na rysunku 2 gdzie układ pracuje z wzmocnieniami 2 V/V i 31 V/V. Na wykresie widoczne jest lokalne maksimum dla niskiego wzmocnienia - wynik braku zapasu marginesu fazy w układzie, co powoduje niestabilną pracę.

    Z drugiej strony - praca z niskim wzmocnieniem ma swoje zalety. Na rysunku 3 zaprezentowano przebieg na wejściu wzmacniacza i na jego wyjściu dla trzech różnych wzmocnień (to także symulacja SPICE).

    Rzadko zadawane pytania: zastanów się nad opornikiem w pętli
    Rys.3. Wyniki symulacji zachowania układu dla przebiegu prostokątnego dla różnych wzmocnień.


    Jak widać na powyższym rysunku układ dla dużego wzmocnienia ma problemy z osiągnięciem prędkości narastania napięcia na wyjściu, aby dobrze przenieść podany na wejście impuls.

    Jak widać nawet w prostym systemie z jednym wzmacniaczem operacyjnym projektowanie nie jest proste, a jest sztuką kompromisów. W tym przypadku pomiędzy pasmem, prędkością, wzmocnieniem i wartością rezystora RF w pętli sprzężenia zwrotnego. Projektując układ elektroniczny musimy tak dostosować te parametry, aby spełniał on wszystkie wymagania w urządzeniu.

    Źródło: http://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-135.html

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    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 wrote 11274 posts with rating 9533, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • #2
    mrgiver
    Level 12  
    Mam dziwne wrażenie, że na prezentowanym rys. 3 jest coś nie tak. Niebieski przebieg nie trzyma skali, dla G=11 V/V niebieski przebieg powinien mieć ok. 1,4 V amplitudy (przyjąłem Ui = 0,125V). Ktoś potwierdzi spostrzeżenie mocno niewyspanego dziś człowieka?
  • #3
    deus.ex.machina
    Level 32  
    mrgiver wrote:
    Mam dziwne wrażenie, że na prezentowanym rys. 3 jest coś nie tak. Niebieski przebieg nie trzyma skali, dla G=11 V/V niebieski przebieg powinien mieć ok. 1,4 V amplitudy (przyjąłem Ui = 0,125V). Ktoś potwierdzi spostrzeżenie mocno niewyspanego dziś człowieka?


    Niebieski nie w skali i zamienione miejscami z żółtym (niebieski to wejściowy - nie widać overshoota ale może to tez wynikać ze skali - rysunek jest niejasny).