Rezystor do pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniacza? Pomyśl zanim wybierzesz!

Pytanie:

Chcę wybrać wzmacniacz operacyjny dla mojego precyzyjnego toru sygnałowego. Czy szybszy nie okaże się w każdej sytuacji lepszy?

 

 

Odpowiedź:

Wybierając rezystor umieszczony w pętli sprzężenia zwrotnego (RF) ze wzmacniaczem różnicowym, należy zastanowić się nad wymaganiami systemu. Wybór rezystora zawsze stanowi kompromis między wydzielaniem mocy, pasmem i stabilnością. Jeżeli priorytetem jest szybkość, jak opisano w artykule „Cała prawda o rezystorach w pętli sprzężenia zwrotnego”, należy dobrać zalecaną wartość z karty katalogowej. Jeżeli problemem jest wydzielana moc, a system wymaga dużego wzmocnienia, dobrym wyborem będzie większy rezystor RF.

Możliwości wyboru RF rosną wraz ze wzrostem wzmocnienia. Efekt destabilizacji pod wpływem pojemności wewnętrznej wzmacniacza i rezystora w pętli sprzężenia zwrotnego słabnie przy wyższym wzmocnieniu. W miarę wzrostu wzmocnienia wzmacniacz jest mniej narażony na osiąganie rezonansu.

Przykładowy wykres 1. przedstawia otrzymane w laboratorium wyniki normalizacji odpowiedzi częstotliwościowej dla modelu AD4807-1. Jest to niskoszumny wzmacniacz rail-to-rail po stronie wejścia i wyjścia ze sprzężeniem napięciowym, który pracuje w konfiguracji nieodwracającej. Wartość RF wynosi 10 kΩ, a wzmocnienie odpowiednio 11, 21 i 31 V/V.

Wysokość rezonansu widocznego na małosygnałowej odpowiedzi częstotliwościowej wskazuje na niestabilność. Zwiększenie wzmocnienia od 11 V/V do 31 V/V powoduje spadek rezonansu poniżej 1 dB. To oznacza, że wzmacniacz zachowuje wystarczający margines fazy dla rezystora RF =  10 kΩ i jest stabilny przy dużych wzmocnieniach.

Wykres 1. Wyniki testów laboratoryjnych dla różnych wzmocnień: 11, 21 oraz 31 V/V. RF =  10 kΩ, VS = ± 5V, rezystancja obciążenia =  1 kΩ.

 

Wykres 2. Wyniki symulacji z użyciem modelu Spice wzmacniacza ADA4807 dla wzmocnień  równych 2 oraz 31 V/V. RF =  10 kΩ, VS = ± 5V, rezystancja obciążenia =  1 kΩ.

Badanie obwodu w laboratorium nie jest konieczne, aby wykryć potencjalną niestabilność. Wykres 2. przedstawia wyniki symulacji z użyciem modelu Spice dla wzmocnienia 2 V/V oraz 31 V/V. Niestabilność w przypadku użycia dużego rezystora, na przykład 10 kΩ przy wzmocnieniu 2 V/V została zestawiona w porównaniu ze wzmocnieniem 31 V/V dla takiego samego rezystora. Z kolei wykres 3. przedstawia wyniki symulacji czasowej dla wzmocnień 11, 21 oraz 31 V/V.

Wykres 3. Wyniki symulacji odpowiedzi a impuls z użyciem modelu Spice wzmacniacza ADA4807. Wzmocnienie G 11, 21 i 31 V/V, RF =  10 kΩ, VS = ± 5V, rezystancja obciążenia =  1 kΩ.

Wybór rezystora RF  stanowi kompromis między różnymi parametrami systemu. Aby osiągnąć maksymalną efektywność, należy zastanowić się nad wymaganiami systemu pod względem stabilności, pasma i mocy.

O autorze