Kysymys:
Vakausongelma yhtenäisyyden kasvun opAmpissa
svilches
2013-05-17 00:31:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Osana hallittua virtalähdettä silmukka-laitteistotestausta varten opiskelijavetämässä projektissa jouduin kehittämään virtapuskurin (jännitteen seuraaja), joka voisi tuottaa jopa 1 A.

Minulla oli (huono) ajatus yrittää toteuttaa tämä yksinkertainen piiri:

Initial circuit idea

Palautesilmukan sisällä oleva PMOS toimii invertterinä ( enemmän V_gate, vähemmän V_out), ja siksi silmukka sulkeutuu opAmp: n POSITIVE-terminaaliin negatiivisen sijasta.

Laboratoriossa asetin VREF = 5V ja VIN = 7 V. Minun pitäisi saada 5 V VOUT: lla, mutta saan tämän ohjauksen ulkopuolisen ulostulon VOUT:

Vout

Ja tämä on ohjaussignaali (opAmp: n lähtö, kytketty MOSFET-porttiin)

Vg

Löydän samanlaisia ​​käyttäytymismalleja eri VREF-, VIN- ja Rload-tiedostojen alla. Huomaa myös, että opAmp: n lähtö ei ole kyllästetty mihinkään kiskoon.

Oletan, että silmukan vahvistus on liian suuri opAmp: n pitämiseksi vakaana.

Minulla on jonkin verran taustaa ohjausjärjestelmissä ja opampeissa, mutta en tiedä miten sitä soveltaa tämän tilanteen ratkaisemiseksi ...

Onko mahdollista käyttää jotakin vaihesiirtoverkkoa vakauttamaan silmukka?

Arvostan sekä nopeita hakkerointeja että opettavaisia ​​vastauksia!

Kun olin leipävaiheessa, saavutin vakauden käyttämällä rinnakkaista RC: tä opAmp: n lähdön ja mosfetin portin välillä :! [http://i.stack.imgur.com/5OJ0W.png] Se ratkaisi ongelman kokonaan leipälaudalla (sokeasti näin vastaavanlaisen korvauspiirin sovellusmuistiossa ja se toimi). Mutta nyt, kun olen siirtynyt piirilevylle, tulos on melko huono :! [http://i.stack.imgur.com/GnoSz.png]
Katso vastaukseni, se selittää, mihin olet mennyt pieleen - Hyvä folk laajalti suurissa op-amp-yrityksissä suunnittelee op-vahvistimia, jotka ovat kohtuullisen vakaat kaikentyyppisillä palautejärjestelmillä. Nyt olet lisännyt 100s: n jännitevahvistusvaiheen ja oletat, että op-amp pysyy vakaana, kun otat takaisinkytkentäpisteen viemäristä ja odotat sen toimivan ilman värähtelyä!
Kiitos kaikesta oivalluksesta! Olen kokeillut useita ehdottamiasi vakauttamismenetelmiä ilman liikaa parannuksia. Näyttää siltä, ​​että MOSFET lisää silmukalle aivan liian paljon hyötyä, mikä tekee vakauttamisesta melko vaikeaa. Olen kokeillut @Andy: n eli lähdekoodin seuraajaa ja olen täysin vakaa leipälevyssä. Testaan ​​sen huomenna piirilevyllä. Lähdeseurantakokoonpanon ainoa haittapuoli on, että sovellukselleni (6 V, 0,5 A lähtö) tarvitsen 12 V: n kiskon (mikä lisää MOSFETin hajaantumista)
Kuusi vastused:
Christoph B
2013-05-17 01:20:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Op-vahvistimesi värähtelee, koska avoimen silmukan vahvistus on suurempi kuin 1 taajuudella, jolla vaihesiirto on 180 °.

Piirisi op-vahvistin ajaa melkein kokonaan kapasitiivista kuormitusta - MOSFETin porttia.

On monia mahdollisia tapoja korjata tämä käyttämällä vain hyvin sijoitettua vastusta tai kondensaattoria. Saattaa olla parasta käyttää sarjavastusta tai rinnakkaista RC-shunttia tai takaisinkytkentäistä RC-paria - kaikki riippuu kyseisestä piiristä.

enter image description here

Lisätietoja Katso tästä Analog Devices: n erinomaisesta artikkelista.

Todellakin tämä on oikea vastaus.Ja syvällisempi keskustelu [täällä] osoitteessa http://electronics.stackexchange.com/questions/146531/do-i-really-need-the-open-loop-output-impedance-of-an-op-amp
Voi, lehmä, hän antaa * positiivista * palautetta opampille.Tietenkin se värähtelee mitä tahansa.Andy on oikeassa.Tämä on oikeastaan aloittelijoiden virhe ja kaikki [muut] käsittelivät [paljon muuta] vaikeaa ongelmaa.
Voisitko päivittää "Analog Devices" -linkin tai antaa heille tarkemman kuvauksen, jotta voimme google-artikkelin, kiitos?
Olen pahoillani antaa niin myöhäisen vastauksen Mehrad, mutta olen tarkistanut, että vanha linkki toimii edelleen.Ehkä he korjasivat sen viiden vuoden aikana ennen tarkistusta
Andy aka
2013-05-17 01:31:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tämä on todella yksinkertaista - käytä N-kanavan FET: ää ja pyydä sitä lähteen seuraajana. Voit jopa käyttää BJT: tä. Alla olevalla on voitto 3k3-palautteen ja 1k-maadoituksen ansiosta -Vin: stä. Jos et halua vahvistusta, liitä lähtö suoraan -Viniin ja jätä 1k pois.

enter image description here

Op-amp: n lähdön yhtenäisyyden vahvistuspuskuri on joko lähteen seuraaja tai lähteen seuraaja. Yksinkertaista - palaute lähettimeltä / lähteeltä takaisin op-vahvistimen invertoivaan tuloon.

Lisäksi, koska lähde / emitterijännite "seuraa" op-ampeerin lähtösignaalia, portti / tukiasema latautuu vaikutukset ovat vähäisiä, joten MOSFETiä käytettäessä sinun ei tarvitse huolehtia portin kapasitanssista.

Ajattele tätä järkevästi - Analog Devices tai TI tai MAXIM of LT - heidän markkinointitiiminsä eivät vahva> herää eräänä aamuna ja sano heidän suunnittelijoilleen - miksi et voi suunnitella op-vahvistinta, jonka avulla joku voi lisätä siihen vahvistusvaiheen ja odottaa sen olevan vakaa. Jos he tekisivät, suunnittelijat sanoisivat, että heidän on vähennettävä op-vahvistimen suorituskykyä, jotta se olisi vakaa - miten tämä op-vahvistin kilpailisi markkinoilla kaikkia järkeviä tietä pitäviä op-vahvistimia vastaan ja jatka rakentamista siinä, missä he ovat hyviä.

Andy, lähettämäsi piiri on melko samanlainen kuin minun ... joten luulen, että jos sitä käytetään MOSFETin kanssa, sillä on samat ongelmat, olenko väärässä?
Se ei todellakaan ole vastaava - OK, että piirini käyttää BJT: tä, mutta jos sen sijaan käytettäisiin FET: ää, se olisi N-kanavatyyppi, jossa tyhjennys on + 15 V ja lähde kuormitusvastukseen. Palaute on myös kaivoksen käänteiselle syötteelle. Tämä piiri TOIMII vastaukseni syistä. Toki ensi silmäyksellä se näyttää samanlaiselta, mutta tutki sitä uudelleen ja kuuntele mitä olen sanonut.
@Andyaka Alkuperäisellä piirillä on pieni etu, ja nimittäin se, että jännitteen VREF tuottamiseksi R14: ssä op-vahvistimen ei tarvitse tosiasiallisesti laskea tätä jännitettä. Sen on vain kytkettävä PMOSFET päälle niin, että jännite syntyy R14: lle. Mutta lähettimen / lähteen seuraajasi kanssa op-vahvistimen on periaatteessa tuotettava lähtöjännite.
@Andyaka Mutta tietysti, koska piiri on yhtenäisyyden voitto, etu ei ole niin suuri, koska - tulo ohjataan VREF: lle. Mutta oletetaan, että sitä muutetaan, joten on hyötyä. Sitten voimme saada lähtöjännitteen, joka on lähellä kiskoa, ajamatta joko op-amp: n tuloa lähellä kiskoa tai sen lähtöä. Vain ajatus. PMOS: n tai PNP: n käyttäminen kuorman korkean puolen hallintaan ei ole niin huono idea.
@Andy eli alias Nyt näen mielesi, anteeksi! Lähdeseuraajan kanssa silmukassa ei ole lisääntynyttä vahvistusta. Lisäksi Cgs: llä ei ole väliä, koska Vgs on pieni. Minun olisi pitänyt valita tämä kokoonpano alussa, kiinnittämällä piirilevy muuttamaan tätä tulee olemaan melko kamala
@Kaz - miksi kaikkien op-amp-valmistajien maailmassa pitäisi tuottaa valtava marginaali vakaudestaan ​​vain muutamiin sovelluksiin sopivaksi - useimmat op-vahvistimet ovat lähellä vakauden rajaa ja lisätä satojen vahvistusaste tuotos ja odotetaan säännöllisten palautetekniikoiden toimivan, eivät ole taloudellisesti kannattavia eivätkä etänä järkeviä.
@svilches - kohdata kauhu kaveri, koska se ei tule toimimaan millään muulla tavalla - jos opampit pystyisivät käsittelemään ylimääräisen 40dB: n avoimen silmukan vahvistuksessaan, he lisäävät parittoman transistorin, joka tekisi tämän ja saisi massiivisia suorituskykyetuja, kuten GBP jne.
@Andyaka Totta. Jos negatiiviselle palautteelle ei olisi haittaa, olisi erittäin halpaa saada vielä massiivisempi voitto. Ehkä se on itse asiassa ongelman syy: lähtöasteella on voitto, ja se on suljetussa piirissä. P-MOSFETin portin kapasitanssi voi olla punainen silli.
@AndyAka Entä jos jyrsinkondensaattori laitetaan op-vahvistimen lähdöstä - liittimeen? Ehkä tällöin ansiokas lähtöaste voi pysyä. - Terminaali ottaa "paikallisen" negatiivisen palautteen op-vahvistimen lähdöstä (taajuus selektiivinen korkin kautta) ja + -liitin ottaa globaalin NFB: n invertoivasta ulostulosta. Loistava? Tyhmä?
@Kaz: n OP-kuvien värähtelyt näyttävät ehkä 60 ish kHz: ltä -> LM358: lle se on todennäköisesti noin 20dB: n avoimen silmukan vahvistus, joka on vielä säiliössä ja vahvistuksen vähentäminen korkilla saattaa viedä sen (sanoa) 0dB, mutta sinä ' Olemme lisänneet vakavan vaihemuutoksen, joka saattaa saada sen vain laulamaan matalammalla taajuudella. Jotta sinulla olisi mahdollisuus toimia jollakin tavalla, pienennä valinnaisesti op-vahvistimen lähtövahvistusta FET: n + -vahvistuksen torjumiseksi - ehkä yritä saada nettovahvistus vain muutamalla dB, niin saat mainitsemasi kisko-kisko-mahdollisuuden . Jos se ei toimi, se on tyhmä LOL
gsills
2013-05-17 01:38:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

HUOMAUTUS: Tätä viestiä on muokattu perusteellisesti syvyyden ja selkeyden lisäämiseksi. Alkuperäisen vastauksen laatimisen aikana otettiin huomioon paljon yksityiskohtia, joita ei otettu mukaan pitämään asiat lyhyinä. Täällä iho repeytyy diagnostisesta ja liuosprosessista osoittamaan, mitä pinnan alla tapahtuu ja lisää ainetta. Ajattele sitä eräänlaisena analyysipäiväkirjana. Jätän alkuperäisen vastauksen ehjäksi läpinäkyviä muokkauksia varten, lisäämällä yksityiskohtia vanhaan tekstiin ja sen jälkeen.

Kuten on todettu, LM358: n lähtöimpedanssi on vuorovaikutuksessa \ $ C_ { \ text {iss}} \ $ FET sijoittaa napa noin 20kHz. Koska silmukalla on vielä paljon vahvistusta, se värähtelee.


Toimituksellinen kommentti diagnoosista:

Mistä tämä 20 kHz: n napa tulee?

Se ei ole \ $ C _ {\ text {gs}} \ $, koska kyseinen napa näkyy vasta MHz: ssä. Tämä on yleinen lähdevahvistin, jolla on resistiivinen kuorma (\ $ R _ {\ text {14}} \ $ tyhjennyksessä ja vastus porttipiirissä (kutsu sitä \ $ R_g \ $). Tämäntyyppisen dominoivan navan sijainti vahvistin on noin:

\ $ F_p \ $ ~ \ $ \ frac {1} {\ text {2 $ \ pi $} R_ {14} C _ {\ text {gd}} g _ {\ text {fs}} R_g} \ $ ~ \ $ \ frac {1} {\ text {2 $ \ pi $} \ text {(1000)} \ text {(150pF)} \ text {(5)} \ text { (10)}} \ ~ ~ 21,2 kHz (riittävän lähellä)

Napa tulee siis \ $ C _ {\ text {gd}} \ $ Millerin kapasitanssista, mikä on tässä niin tärkeää, että se kerrotaan FET-transkonduktanssilla (\ $ g _ {\ text {fs}} \ $ ) ja kuormitusresistanssi (\ $ R _ {\ text {14}} \ $). Tee nopea summa silmukan vaihesiirrosta nähdäksesi, että parhaassa tapauksessa odotat 45 asteen vaihemarginaalin jäävän taajuudelle 20 kHz (LM358-90, IRF9530-180-45 = -315 astetta). Jo 20 kHz: n kohdalla vaihemarginaali on parhaimmillaan vähimmäismäärä, jonka haluat koskaan nähdä silmukassasi, 45 astetta ja se on todennäköisesti vähemmän. OK, toistaiseksi tämä on täydellinen SWAG. Sen tieteellinen, koska käytin tieteellistä laskinta kertomiseen ja jakamiseen, ja se on villi arvaus, koska en ole vielä tarkastellut IRF9530 -taulukkoa, enkä ole päivittänyt muistiani LM358 Zo: sta. Se antaa nopean indikaattorin OP-piirin todennäköisestä ongelmalähteestä.

Etsitään yksinkertaisia ​​ideoita tilanteen parantamiseksi:

Yritit ensin tarjota yksinkertaisen ratkaisun alkuperäiselle piirille, jolloin saatiin kaksi luettelomerkkiä alla. Nämä ovat molemmat band-aid-lähestymistapoja, joita ei voida viedä tarpeeksi kauas merkityksellisen muutoksen aikaansaamiseksi. Tässä oppitunti (joka minun pitäisi jo tietää) ei ole koskaan tarjota yhtyeen tukiratkaisuja, koska ne eivät ole kannattavia. Alkuperäistä lähestymistapaa voidaan tietysti korjata, mutta ne ovat perustavanlaatuisempia ja monimutkaisempia.

Sitten ehdotin (lopuksi) lähdekoodin seuraajaan perustuvaa virtapiiriä aloituspaikaksi ratkaisuna. Tämä idea on järkevä, mukaan lukien integraattorin korkki ja FET \ $ V _ {\ text {th}} \ $ -varoitus. Näytän, miksi tämä on totta, seuraavassa toimituksellisessa kommentissa lähdeseuraajakaavion jälkeen.

Pari huomautusta ehdottamastani piiristä:

  • R1 sarjassa portin kanssa on vain mukavuus. Tällaisissa piireissä on hyvin yleistä, että portti on eristettävä vianmääritystä tai testausta varten. Vastuksen nostaminen on 5 sekunnin toimenpide. TO-220: n johtimen nostaminen on paljon vähemmän kätevää, tee se enemmän kuin pari kertaa ja saatat jopa nostaa tyynyä. Jos käytät pinta-asennettavaa osaa, sinun on poistettava FET ilman vastusta.

  • Näytän 1 kOhm -vastuksen mallille R15. Todellakin, kun otetaan huomioon LM358: n lähtöimpedanssi, en käyttäisi mitään alle 10 kOhm ... ja saattaisi jopa nousta jopa 50 kOhm: iin.


Voit kokeilla:

  • Vahvistimen lähtöimpedanssin (paljon) pienentäminen lisäämällä emitterin seuraajapuskuri vahvistimen lähtö.
  • Eristää FET: n \ $ C _ {\ text {iss}} \ $ asettamalla jonkin verran vastarintaa sarjaan FET-lähteen kanssa (FET: n ja Vinin väliin. Tämä olisi eräänlainen kaistaapu lähestymistapa.

Koska vahvistimen + -tuloa käytetään negatiivisena palautepisteenä, sinulla on monimutkaisia ​​asioita. Normaalisti haluat käyttää OpAmpia integraattorina, jonka palautekondensaattori on OpAmp-lähtö - tulo. Tällä tavoin voit ohjata vahvistimen jakopistettä siten, että FET-kapasitanssin aiheuttama vaihehäviö voi olla merkityksetöntä tai kompensoitua.

Voit aloittaa tältä:

enter image description here

Valitse C10: lle arvo, joka saa vahvistimen vahvistuksen ylittämään nollavahvistuksen taajuudella 1 kHz tai vähemmän vakauden takaamiseksi. FET: n avulla et voi saada yli noin 3 V: n mikä tahansa kuormitus lähdössä. Tällöin sinun on tarkasteltava BJT: n tai uudemman Vin-version käyttöä.


Toimituksellinen kommentti lähdeseuraajaratkaisusta:

Näin ajattelin suunnittelun perusratkaisu.

Mitä tiedämme siitä, mitä svilches yrittää tehdä piirinsä kanssa? No, hän haluaa käyttää 7 V: tä tuottamaan jopa 5 V: n jopa 1 ampeerin kuormalla, ja hän haluaa, että lähtöjännite seuraa ohjausjännitettä (jota hän kutsuu vertailujännitteeksi). Periaatteessa haluaa lineaarisesti säädettävän virtalähteen, joka käyttää LM358-opampia silmukan virheiden kompensointiin, ja pään tilaa on vain 2 volttia (se on ongelma LM358: lle).

Emme tiedä, millainen modulointi ohjaa viittausta. Onko se ramppi, sini vai kenties pulssi tai askelmodulaatio? Vaihe on pahin, vaikka jos aiot suunnitella, se ei ole niin iso juttu, joten kuvaile, että viitesyöttö liikkuu vaiheittain.

Emme tiedä paljoakaan kuormasta. Onko se tasainen virta vai pulssi? No, svilches on siitä epämääräinen ... tarvitsee vain 1 ampeerin. Mutta yleensä huonosti määritellyt kuormat eivät ole tasaisia, joten odotan pulsseja myös tässä. Koska tämä on virtalähde, olen yllättynyt siitä, että piirissä ei ole lähtökapasitanssia (\ $ C_o \ $) ... mutta peitämme sen myöhemmin.

Kaksi perusmenetelmää:

Joko kompensoi yhteinen lähdepiiri vakaana tai vaihda lähteen seuraajapiiriin. Ensimmäisellä vaihtoehdolla on paljon ansioita, mutta se on monimutkaisempi ja etsin nopeinta ja vähiten monimutkaista ratkaisua. Toinen vaihtoehto, lähteen seuraaja on yksinkertaisempi muotoilu, koska se on rajoitettu. Rajoitetulla tarkoitan siirtymistä virtaelementistä, joka puskuroi virtaa ja jolla on jännitevahvistus, sellaiseen, joka puskuroi virtaa ja jolla on (lukuun ottamatta loiselementtien määrittelemää erityistilannetta) yhtenäisjännitevahvistus. Yhteisen lähdepiirin etuna on, että se on matalan pudotuksen ratkaisu, jonka löysit lähteen seuraajavahvistimella. Joten yksinkertainen paikka aloittaa on lähteen seuraaja.

Lähdeseuraajan vaiheiden käytössä on ongelmia tässä:

  • Vain 2 V pään tilaa tarkoittaa todella matalaa \ $ V _ {\ text {th}} \ $ FET. Lisäksi, kun \ $ V _ {\ text {ds}} \ $ 2V ja nykyinen alle 1A, \ $ g _ {\ text {fs}} \ $ on matala ja \ $ C _ {\ text {gd}} \ $ on korkea.
  • LM358: n käyttö. LM358: n ulostulolla on ongelmia, lähtöimpedanssi on korkea eikä se käsittele kapasitiivista kuormitusta hyvin (katan tämän paljon enemmän vähän). LM358: n lähtö ei myöskään pääse lähemmäksi kuin 1,2 V 7 V: n kiskoon, jolloin FET \ $ V _ {\ text {gs}} \ $: lle jää vain 0,8 V (katsokaa LM358: n kuvaa 10.) nähdäksesi, että tämä on totta). Kuten huomautin alun perin, älä odota enempää kuin 3 V standardipiirin lähteellä tällä piirillä. Älä myöskään innostu BJT: n käytöstä, koska 5 mA: n alapuolella OpAmp: n enimmäislähtö on 5,6 V, joten tarvitaan vähintään 200 dollaria \ $ \ beta \ $, ja se on \ $ V_ { \ text {ce}} \ $ 2 V: stä. Tuo P-kanavan tehoaste näyttää paremmalta koko ajan, mutta jatkamme lähdeseuraajan kanssa. Sivuhuomautus LM358: National Semiconductor piti tätä vahvistinta tarpeeksi laittaakseen sen vähintään kolmeen tuotelinjaan LM124 (quad) LM158 (dual) ja LM611 (single with reference). LM124: n ja LM158: n lomakkeet eivät ole liian selkeitä suorituskyvystä lähellä crossoveria, mutta LM611 -taulukko on loistava ... katso erityisesti kuvat 29, 30, 35 ja 36. Voi, ja kun olet LM611-tietolomakkeessa tutustu esimerkkipiireihin, joissa on integraattorikorkit OpAmp: n ympärillä.

Ajan säästämiseksi ja asioiden pitämiseksi liikkeenä teeskentelet, että \ $ V _ {\ teksti {th}} \ $ on OK ja käytä mallikorttielementtinä kohteliaisuutta IRF9530: lle, IRF520.

IRF520: n tietolomakkeesta näemme 2 V: n nykyiselle \ $ V _ {\ text {ds}} \ $: lle noin 1A, joka \ $ g _ {\ text {fs}} \ $ ~ 1 ja \ $ C _ {\ teksti {gd}} \ $ ~ 150pF. Nyt yksi lähteen seuraajavahvistimen eduista on se, että se poistaa \ $ C _ {\ text {gs}} \ $ latauksen, jonka OpAmp näkee (ainakin kunnes kapasitiivinen lataus lisätään lähteeseen ... sitten se on erilainen tarina). Se on \ $ C _ {\ text {gd}} \ $, jonka sinun on oltava tietoinen.

\ $ C _ {\ text {gd}} \ $ tarjoaa edelleen 150pF: n suoran latauksen (IRF520: lle) OpAmp-lähtöön, OpAmpiin, jolla on jo ongelmia 50pF: n kanssa. Katso LM358-tietolomakkeen kuva 8. Siellä näet LM358: n pienen signaalijännitteen seuraajan pulssivasteen 50 pF: n kuormalla. Se osoittaa 1,3-kertaisen askeleen ylityksen, mikä tarkoittaa, että vahvistimen vaihemarginaali on 45 astetta.

Kun vahvistus putoaa 20dB / vuosikymmenen vaiheeseen, on 90 astetta, jos lähin yksinkertainen napa on vuosikymmenen päässä. Yksinkertainen napa aiheuttaa 90 asteen vaihesiirron kahden vuosikymmenen aikana keskitettynä 45 asteen siirtymällä napaan.

Joten tosiasiallisesti jakotaajuudella on napa, jos vahvistimen kuormitus on 50 pF. Tämä on luultavasti yhdistelmä napaa, joka johtuu vahvistimen lähtöimpedanssista ja kapasitanssista, ja vahvistimen vasteessa esiintyvät korkeamman taajuuden napat, jotka summautuvat vaikuttamaan ylimääräiseen vaihesiirtoon. Sillä ei ole väliä, kuinka kaikki vaihesiirrot päätyivät, merkitystä on, että osa siitä johtuu suoraan vahvistimen lähtöimpedanssin ja kapasitiivisen kuormituksen aiheuttamasta napasta. 45 astetta kuormalla 50 pF. Mutta \ $ C _ {\ text {gd}} \ $ on 150 pF, mikä työntää tosiasiallisen napataajuuden takaisin noin 1,5 oktaavilla (tosiasiallisesti 1,6 oktaavia, mutta miksi chibble yli 0,1 oktaavia). 1,5 oktaavin arvo on noin 20 astetta vaihesiirtoa, joten vahvistimessa on nyt vain 25 asteen vaihemarginaali. Jos 45 astevaiheen marginaali johtaa 1,3 ylitykseen, kuinka paljon ylitystä odotetaan 25 asteen marginaalilla?

Tässä on juoni askelylityksen ja avoimen silmukan vaihemarginaalin kanssa yhtenäisyyden vahvistusyksikön takaisinkytkentävahvistimelle.

enter image description here

Etsi käyrästä 25 asteen vaihemarginaali ja tarkista, että se vastaa noin 2,3: n ylitystä. Tälle lähteen seuraajapiirille, joka käyttää IRF520: ta, voit odottaa 100 mV: n porrastuloa referenssijännitteellä aiheuttavan 230 mV: n ylityksen 100 mV: n vasteensa päälle. Tämä ylitys muuttuisi soimaan noin 500 kHz: n pituiseksi ajaksi. Nykyisellä pulssilla ulostulolla olisi samanlainen vaikutus kuin suuri ylitys, jota seuraa soitto noin 500 kHz: n taajuudella. Tämä olisi useimmille ihmisille sietämätöntä suorituskykyä.

Kuinka kaikkea tätä sointia voitaisiin vähentää? Lisää vaihemarginaalia. Helpoin tapa lisätä vaihemarginaalia on lisätä integraattorin korkki vahvistimen ympärille yhtenäisyyden takaisinkytkentäsilmukan sisällä. Vaihemarginaali, joka on yli 60 astetta, eliminoi soittoäänen, ja voit saada tämän vähentämällä Opampin vahvistusta noin 6 dB.

Todennäköinen skenaario

Muista, että tämä on pohjimmiltaan virtalähde. Tässä on todennäköinen skenaario, jos lähteen seuraaja rakennetaan ilman integraattorikorkkia. Lähdössä on häiriöitä tai pulsseja, ja piiri soi. Käyttäjä ei pidä siitä ja lisää jonkin verran kapasitanssia lähteeseen. Ehkä vain 0,1uF. Kun kapasitanssikuormitus lisätään FET-lähteeseen, gfs (matala joka tapauksessa matalan \ $ V _ {\ text {ds}} \ $ vuoksi) menettää kyvyn peittää \ $ C _ {\ text {gs}} \ $. Kapasitiivinen kuorma Opamp-ulostulossa alkaa kasvaa 150 pF: stä ja siirtyy kohti 500 pF. Soittoäänen lisäkapasitanssilla lähteessä pahenee. Myöskään käyttäjä ei pidä siitä, ja hän yrittää ladata kapasiteettia vielä enemmän. Kun lähteen kapasitanssi on saavuttanut 1uF, piiri ei todennäköisesti enää soi ... se värähtelee.

Koska odotan kapasitanssin lisäämistä piirin lähtöön, haluan kokoa integraattorin korkki alentaa silmukan vahvistusta noin 20 dB: llä.

-1 ongelman ehdottamiseksi liittyy edelleen portin kapasitanssiin. Lue vastaukseni. Ehdotettu piiri on se, jota ehdotan, mutta koska lähde seuraa lähdettä, lähde seuraa porttia, joten portin kapasitanssi ei ole enää ongelma. Koska lähteen seuraaja on yhtenäisyyden voitto ja lisää hyvin vähän vaihesiirtoa, se toimii, joten integraatiokannen ja R1: n lisääminen on turhaa. Lisäksi se värähtelee lähempänä 60 kHz: tä.
@Andyaka, En ollut tyytyväinen vastaukseeni, koska olen jättänyt pois yksityiskohdat, jotka johtivat ehdotettuun lähtöpistepiiriin. Joten tein siihen muutoksia, lisäämällä yksityiskohtia, jotta asiat olisivat selkeitä. Se oli minun vikani, että et voinut seurata sitä, mitä yritin välittää. Sinulla näyttää olevan 4 pistettä tai huolta, jotka ovat: 1) Lähtökohtapiirini on sama kuin ehdotat. 2) Piirini lisäosat (nimittäin integraattorin korkki) ovat turhia. 3) FET Ciss ei ole huolestuttava, koska pass-elementti on lähteen seuraaja. 4) OP-yhteinen lähdepiiri värähteli ~ 60kHz: ssä.
Jatkuu: Lyhyt vastaus, kohdat 1) ja 2) ovat ristiriitaisia, se on joko sama piiri tai se on samanlainen, mutta erilainen piiri, koska siinä on ylimääräisiä juttuja (integraattorin korkki). Sanoisin sen olevan erilainen piiri ylimääräisillä tavaroilla, jotka ovat ratkaisevan tärkeitä hyvän suorituskyvyn kannalta. Tietenkin tämä riippuu siitä, että kohta 3) on väärä, mikä se on (katso muokkaukset). Noin kohdasta 4), OK, tarkalleen ... 20 kHz: n pylvään odotetaan vaikuttavan vakauteen ~ 60 kHz: ssä, kun otetaan huomioon vaiheen menetysnopeus.
@gsills Olen tehnyt samanlaisen piirin (lähteen seuraaja), jolla on erittäin matala PM, renkaat pysähtyvät.Tein korvauksen, kuten sinun, ehdotin muualla.Voinko kysyä, onko oikein sanoa, että jakosuodatin on vähennetty arvoon 1 / (2pi * C10 * (R15 + R14))?Jos ymmärrän hyvin ja xover on oikeassa, ajatuksena on, että BW on matalampi kuin värähtelytaajuus.Lisäksi oletan, että xover on BW.Sitten minun pitäisi analysoida ylitys ja nousuajat nähdäksesi todellisen saavutetun BW.
Kaz
2013-05-17 01:37:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Olettaen, että ongelma on kapasitiivinen kuormitus (MOSFETin portti), joitain ideoita ovat:

  1. Äänivahvistimissa klassinen lähestymistapa kapasitiivisilta kuormilta suojautumiseen on lähtöinduktori, usein sarjaan vastuksen kanssa. Vain mielessä pidettävä idea: älä unohda induktoreita eristyksenä kapasitansseista.

  2. Huomaa aina, kuinka lineaaristen jännitesäätimien tietolehdet suosittelevat aina ohituskondensaattoria tuotoksesta? Tämä auttaa kapasitiivisella kuormituksella. Vaikka se tuntuu paradoksilta, perustelu on, että tarkoituksellisesti istutetulla kondensaattorilla on suurempi kapasitanssi, joka suippaa kuorman pienen kapasitanssin ja luo siten hallitsevan navan matalammalla taajuudella. Kokeile kondensaattoria op-amp: n ulostulosta maahan, 0,1uF - 1uF.

  3. Koska negatiivista palautetta käytetään + -tulolla, on suuri tässä piirissä on mahdollisuus lisätä Miller-kompensointi paikallisemman negatiivisen takaisinkytkentäsilmukan muodossa: kondensaattori, joka on kytketty op-amp: n lähdöstä - sisääntuloon maadoituksen sijaan.

  4. Lähtötasosi on yhteinen lähde, joten sillä on voittoa! Op-vahvistimessa on jo avoimen silmukan vahvistuksen gobeja, ja lisäät enemmän silmukkaan. Harkitse tulosvaihetta, joka ei lisää enää vahvistusta: katso Andy Akan vastaus.

Fizz
2015-11-25 18:58:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Huomaa: seuraava kappale on jonkin verran virheellinen siinä mielessä, että ideasi voisi (ja toimii) joidenkin muutosten kanssa ja monissa tuotteissa, etenkin PMOS LDO -yrityksissä; katso seuraava materiaali. Jätän tämän kappaleen kuitenkin tänne, koska LvW vastasi siihen.

No, kapasitiivinen kuormitus on vaikea ongelma käsitellä jopa oikein perustetussa piirissä, mutta piirissäsi [piirrettuna] sinä tarjoavat positiivista palautetta opampille! Tämä värähtelee hulluna edes simulaatiossa ... samalla ennustetulla 5Vpp: llä. Joo, värähtelymuoto on hieman erilainen simulaatiossa, mutta mitä odotat ... ei loistautisia ja LM358: lla on melko perus SPICE-malli.

enter image description here


@LvW: Minun täytyy ajatella hieman enemmän siitä, mitä tapahtuu, mutta katso myös päivitetty kaavio Vgaten kanssa. Selvästi se ei koskaan saavuta 5 V: tä, joten opamp ei koskaan näe todellista negatiivista palautetta, kuten tämän mallin väitetään tekevän. Joten opamp toimii kuin vertailuperiaate. Näiden kahden signaalin välillä on myös jonkinlainen vaihesiirto, mutta en ole vakuuttunut siitä, että se on värähtelyn syy, mielestäni se on "suunnitellusti". Olen yrittänyt lisätä porttiin suuren (1K, jopa 10K) vastuksen, ja se värähtelee edelleen samaa.

enter image description here


Pohjimmiltaan yrität suunnitella PMOS LDO: n! Mutta teet sen melko väärin. Sinun on korvattava se oikean kokoisen ja ESR-kokoisella ohituskannella! Myös PMOS LDO ottaisi palautetta jännitteenjakajan kautta. Tässä on amatöörimainen LDO-mallini:

enter image description here

Kuten PMOS LDO: n tavoin, ulostulokorkki ESR on kriittinen ja sen on oltava tietyllä kaistalla . Katso mitä tapahtuu, jos lasken sen esimerkiksi; alkaa heilua:

enter image description here

Jos ESR on liian korkea, olet taas pulassa; hyvin tälle kuormitukselle sen on oltava melko korkea, ennen kuin se värähtelee turvallisen nauhan toisella puolella:

enter image description here

Ainoa kriittinen elementti siinä on korvauksen yläraja. 10ohF: n 0,1ohmin ESR näyttää toimivan melko suurella kuormitusalueella 1K - 5 ohmia (mikä antaisi sinulle haluamasi 1A-lähdön):

enter image description here

Saat tietysti jonkin verran kaistanleveysrajaa tältä korkilta.

Positiivista palautetta?Luulen, että FET toimii yhteisenä lähdevaiheena, jolla on käänteiset ominaisuudet, eikö niin?
@LvW: katso päivitetty kaavio ja kappale lisätty.
@LvW: I sorta tajusi sen.Se ei ollut kauhea idea, mutta se keksi uudelleen tietyn PMOS LDO-pyörän eikä tehnyt sitä kovin hyvin.
Szymon Bęczkowski
2013-05-17 00:54:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Opamp ei ole vakaa todennäköisesti johtuen kapasitiivisesta kuormituksesta (portin kapasitanssi). Poista C10 ja laske R15: n arvo kymmeniin ohmeihin. Voit myös kokeilla toista opampia. LM358: n tietolomakkeessa sanotaan:

Kapasitiiviset kuormat, jotka kohdistetaan suoraan vahvistimen lähtöön, vähentävät silmukan vakausmarginaalia. Arvot 50 pF voidaan sovittaa käyttämällä pahimmassa tapauksessa ei-invertoivaa yhtenäisyysvahvistusta. Suuria suljetun silmukan vahvistuksia tai resistiivistä eristystä tulisi käyttää, jos vahvistimen on ohjattava suurempaa kuormituskapasitanssia.

IRF9530: n tulokapasitanssi on 500 pF, joten sinun on ehdottomasti laitettava pieni vastus opampin lähdön väliin ja MOSFETin portti.

Oletettavasti, kun opampin ulostulon ja mosfetin välinen vastus kasvaa, järjestelmästä tulee vakaampi, olenko oikeassa? Olen kokeillut eri arvoilla R15 (jopa 500K) ilman hyvää tulosta ...
Onko olemassa muuta tapaa vakauttaa piiri? Ehkä asetan vastuksen silmukan väärään osaan ...


Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...