Bagaimana cara memperbaiki ketidakstabilan pengikut tegangan op-amp?

Saya menggunakan sejumlah op-amp pasokan tunggal ( OPA4344 ) dalam sebuah rangkaian, dan saya menggunakan salah satunya untuk memasok nilai VCC / 2 untuk ground virtual ke sisi + beberapa op-amp lainnya.

VCC adalah +5 volt. Ketika saya pertama kali menyalakan papan, saya mendapatkan 2.5V dari output, tetapi setelah beberapa saat output melompat ke sekitar 4,5 volt dan tetap di sana sampai saya matikan dan hidupkan kembali.

masukkan deskripsi gambar di sini

Saya baca di sini bahwa:

Karena umpan balik yang kuat (yaitu, gain) dan karakteristik non-ideal tertentu dari amplifier operasional nyata, sistem umpan balik ini cenderung memiliki margin stabilitas yang buruk. Akibatnya, sistem mungkin tidak stabil ketika terhubung ke beban kapasitif yang cukup. Dalam kasus ini, jaringan kompensasi lag (mis., Menghubungkan beban ke pengikut tegangan melalui resistor) dapat digunakan untuk mengembalikan stabilitas.

Seperti yang Anda lihat, saya sudah menggunakan resistor pada output. Datasheet untuk 4344 (direferensikan sebelumnya) mengklaim op-amp adalah "unit gain stable."

Apakah ada hal lain yang dapat menyebabkan ketidakstabilan? Apakah saya memerlukan resistor terpisah untuk setiap output (saat ini saya input + dari tiga op-amp terikat dengan VOUT).

operational-amplifier

— tcrosley
sumber

Apa yang terjadi jika Anda hanya menggunakan op amp tunggal?

— Leon Heller

Saya yakin saya sudah mencobanya, dan mendapat hasil yang sama, tetapi akan mengulangi eksperimen itu malam ini. (Saya punya perangkat khusus ini di rumah dan saya di tempat sekarang.) BTW, saya lupa menyebutkan sirkuit ini diletakkan pada PCB, dan tidak di atas papan tempat memotong roti.

— tcrosley

Mungkin opamp itu masih sedikit gugup pada keuntungan persatuan dan bertindak tergantung pada beban? Bisakah Anda mencoba sesuatu yang mendasar seperti LM324 dan melihat apakah ada bedanya? Itu banyak digunakan dalam aplikasi pengikut tegangan. Harus lebih murah juga.

— Olin Lathrop

Apa yang Anda 3 opamps lain dalam paket lakukan? Jika setidaknya salah satu dari mereka "tidak senang" itu dapat mempengaruhi seluruh paket (di mana tidak bahagia = sesuatu yang salah, tergantung pada opamp)

— Jason S

Saya menambahkan kapasitor sesuai saran Anda dan juga mengganti chip. Tegangan pada + lead benar.

— tcrosley

Jawaban:

VCC adalah +5 volt. Ketika saya pertama kali menyalakan papan, saya mendapatkan 2.5V dari output, tetapi setelah beberapa saat output melompat ke sekitar 4,5 volt dan tetap di sana sampai saya matikan dan hidupkan kembali.

Pada awalnya saya pikir ini terdengar seperti kasus inversi fasa di luar rentang input mode-umum (yang untuk OPA344 adalah -0.1V ke (Vcc - 1.5V = 3.5V dalam kasus Anda). Jarang sekarang ini, tetapi beberapa op -amps menunjukkan pembalikan gain ketika berada di luar rentang mode umum, menyebabkan kondisi latch-up yang efektif.Untuk op-amp dengan inversi fasa, selama Anda tetap berada dalam rentang mode umum, Anda harus baik-baik saja, tetapi jika pernah tersesat di luar, tidak ada jaminan bahwa itu akan beroperasi dengan baik.

Tetapi lembar data OPA334 mengatakan ini:

Seri op amp OPA334 dan OPA335 adalah unity-gain stable dan bebas dari pembalikan fase output yang tidak terduga. Mereka menggunakan teknik auto-zeroing untuk memberikan tegangan offset rendah dan drift yang sangat rendah seiring waktu dan suhu.

Jadi pada titik ini kita masih memiliki beberapa hal untuk dicoba, dengan asumsi Anda dapat mereproduksi masalah ini dengan mudah.

Periksa semua tegangan pin opamp dengan osiloskop. Pastikan Vcc dan Vss sesuai dengan yang Anda harapkan, dan periksa untuk melihat apakah + pin dari op-amp adalah 2.5V yang Anda harapkan.
Tambahkan kapasitor (100-1000pF) antara op-amp + dan ground. Anda harus tetap melakukan hal ini untuk menjaga agar impedansi simpul pembagi tegangan tetap rendah pada frekuensi tinggi sehingga tidak menimbulkan noise. Jika ini memperbaiki masalah, Anda mungkin mengalami pelurusan RF (Jika ini masalahnya, saya terkejut, tapi itu mungkin.) Di mana op-amp berperilaku linear dengan sinyal frekuensi rendah, tetapi berperilaku tidak linier seperti penyearah dengan sinyal frekuensi tinggi dan mengubah AC menjadi bias DC.
Tambahkan kapasitor bypass di seluruh catu daya op-amp. (Pasokan kebisingan seharusnya tidak membuat banyak perbedaan, tetapi Anda tidak pernah tahu)
Ganti op-amp dengan model lain yang sama - yang ada di papan bisa rusak.

Jika semua masih terlihat bagus, maka Anda mengalami kekakuan.

— Jason S
sumber

Tempatkan resistor secara seri dengan umpan balik yang Anda berikan. Dengan kata lain, lepaskan lead resistan nol dari output ke input negatif dan tempatkan resistor nilai rendah, katakan tentang 2.2k. Semoga ini akan menyelesaikan masalah.

Resistor ini bersama dengan kapasitansi input dari penguat membentuk semacam kompensasi yang memastikan bahwa osilasi frekuensi tinggi diblokir. Jika gain frekuensi tinggi berkurang, kriteria Barkhause tidak dapat dipenuhi dan karenanya tidak ada osilasi. Osilasi ini berada pada frekuensi tinggi sehingga akhirnya diperbaiki oleh nonlinier pada op-amp dan DC yang dihasilkan memberikan efek seperti yang Anda lihat.

— Dr.VSVMani
sumber