Bagaimana agar op amp dekompensasi tetap di kawasan linier?

Latar Belakang

Untuk aplikasi transimpedansi, Anda ingin menyimpan op amp di wilayah liniernya dan menghindari saturasi op amp dan pemulihan overdrive.

Ini dapat dilakukan dengan rangkaian kontrol gain otomatis sederhana ketika menggunakan op amp gain misalnya unity

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Ketika dioda aktif, respon loop tertutup mempertahankan bandwidth yang sama, tetapi besarnya berkurang. Faktor umpan balik frekuensi tinggi Cfeedback / (Cfeedback + Cin) mendekati 1, tetapi ini bukan masalah karena op amp unity gain stable. Saya telah menerapkan ini dengan OPA656, dan berfungsi dengan baik.

Ini tidak akan bekerja dengan penguat dekompensasi. Ini akan terombang-ambing ketika umpan balik frekuensi terlalu banyak. Saya telah melihat ini dengan OPA846.

Pertanyaan

Bagaimana Anda menyimpan amplifier dekompensasi di wilayah liniernya dalam aplikasi transimpedansi?

Saya telah mencoba mensimulasikan rangkaian di bawah ini, dengan harapan bahwa beralih pada input kapasitansi tambahan akan mengurangi umpan balik frekuensi tinggi, tetapi hasilnya buruk.

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Nilai komponen dalam skema bukan yang saya gunakan di rangkaian aktual saya. Mereka adalah nilai bulat untuk menyederhanakan diskusi tentang rangkaian misalnya faktor umpan balik frekuensi tinggi dari sirkuit pertama ketika dioda mati adalah 1/101. Nilai komponen aktual saya disetel untuk kecepatan maksimum, dekat ke tepi stabilitas, tidak diketahui karena parasit board, dan akan mengganggu pertanyaan.

Jika amplifier Anda berperilaku baik pada level rendah saat ini dengan OPA846, dan masalahnya hanya terjadi pada level tinggi, maka saya yakin Anda memiliki tiga kemungkinan:

1) Kurangi R1 sehingga Anda memiliki gain transimpedansi yang lebih sedikit: Akan ada lebih banyak rentang untuk saat ini, tetapi Anda akan kehilangan resolusi (amplifikasi).

2) Menyetel rangkaian pembatas gain (R2, C2, D1 dari skema pertama dalam pertanyaan Anda): Jika sirkuit ini berfungsi baik dengan OPA656, mungkin Anda juga dapat membuatnya berfungsi dengan OPA846. Coba ubah R2, sehingga cabang kontrol gain tidak membuat sirkuit tidak stabil.

3) Tambahkan lebih banyak kompensasi ke sirkuit dengan mengubah C1 atau menambah C3. Saya memiliki kesan bahwa jika rangkaian berfungsi dengan baik dengan OPA656, tetapi memiliki masalah dengan OPA846, maka itu bisa menjadi masalah kompensasi.

Sejauh yang saya tahu, mungkin sulit untuk memikirkan rangkaian pembatas arus untuk fotodioda karena amplitudo tegangan yang terlibat biasanya sangat rendah.

Yang kedua mungkin akan bekerja jika Q1 bukan MOSFET. Keduanya memperkenalkan nonlinier substansial di dekat ambang pintu. Inilah alternatifnya.

Sesuatu seperti ini:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Di mana R3 / R4 (histeresis) dan R6 (memuat) perlu dipilih untuk menghindari osilasi antara mode gain tinggi dan gain rendah ketika mendekati ambang.

Anda mungkin perlu menyesuaikan cara fets didorong (gerbang saat ini diperkuat D :).

Pengamatan umum

Semua OPAMP memiliki gain loop tertutup minimum.

OPAMP dikompensasi untuk memastikan margin fase minimum pada kenaikan minimum yang ditentukan (biasanya 0,1).

Jika Anda menginginkan kecepatan tinggi DAN stabilitas dengan OPAMP tanpa kompensasi dan memiliki keuntungan rendah, maka Anda harus mengkompensasi diri Anda sendiri.

Berkenaan dengan linearitas: umpan baliknya adalah memastikan linearitas, bukan linearitas dari opamp's open loop itu sendiri.

Pengamatan spesifik

Masalahnya terjadi karena AGC - dengan gain tinggi semuanya ok, tetapi dengan gain rendah, tidak. Jadi, Anda perlu memastikan bahwa Anda masih mendapatkan keuntungan tinggi dari sudut pandang AOP, atau Anda perlu mengkompensasi opamp dalam kasus ini.

1. Anda bisa mencoba mengurangi level input daripada mengurangi gain.
2. Anda bisa mencoba menambahkan kompensasi saat mengurangi keuntungan.

Dalam skema Anda dengan Q1, saya perhatikan bahwa Q1 biasanya tidak melakukan karena tegangan output biasanya lebih tinggi dari tegangan input. Tetapi ketika karena osilasi, tegangan output memang lebih rendah dari input, umpan balik benar-benar semakin tinggi karena Anda mengkompensasi arus input - itu umpan balik! Jadi, Anda menurunkan gain dan membawa OPAMP di wilayah yang tidak stabil.

Saran

Untuk menurunkan input, Anda dapat menambahkan dioda normal dalam mode maju. Ini akan melakukan sedikit ketika penerima memiliki output yang rendah, dan lebih ketika output penerima tinggi - karena itu bertindak sebagai AGC. Ini akan memerlukan beberapa simulasi dan pemilihan dioda untuk menemukan yang optimal. Ini bukan umpan balik dari OPAMP sehingga tidak memengaruhi gain loop tertutupnya.

Masalah lain dengan metode Anda menggunakan Q1 adalah bahwa analisis sinyal kecil berlaku untuk semuanya. Saya pikir Anda harus memiliki rangkaian perbaikan untuk mendapatkan umpan balik rata-rata. Jika umpan balik AGC adalah arus frekuensi rendah, itu tidak meningkatkan umpan balik frekuensi tinggi Anda lebih dari frekuensi yang lebih rendah.

Agar umpan balik frekuensi tinggi Anda tetap rendah, Anda harus memblokir jalur umpan balik yang lebih tinggi untuk frekuensi tinggi. Anda bisa menambahkan induktansi dalam rangkaian jalur umpan balik, atau mungkin menambahkan kapasitor bypass ke ground di jalur umpan balik Anda.

Menambahkan kompensasi untuk frekuensi tinggi hanya ketika keuntungan rendah, tampaknya lebih sulit. Kapasitor variabel tegangan dapat membantu membuat filter RC adaptif terhadap level sinyal, tetapi tampaknya lebih sulit untuk disetel.

Saya harap pemikiran ini membantu Anda.