Pytanie:

W mojej aplikacji wymagane jest duże wzmocnienie wzmacniacza. Czy mogę w sprzężeniu zwrotnym zastosować rezystor (Rf) o dużej wartości?

Odpowiedź:

Dobierając rezystor pętli sprzęże­nia zwrotnego (Rf) dla standardowego wzmacniacza jak i również w pełni różnicowego, należy zastanowić się nad wymaganiami całego systemu. Wybór rezystora zawsze stanowi kompromis między rozpraszaniem mocy, pasmem i stabilnością. Jeżeli priorytetem jest prędkość, jak opisano w artykule „Cała prawda o rezystorach w pętli napięciowego sprzężenia zwrotnego”, należy dobrać wartość Rf zalecaną w karcie katalogowej wzmacniacza. Jeżeli bardziej krytycznym jest rozpraszana moc, a aplikacja wymaga większego wzmocnienia, lepszym wyborem może być większa wartość rezystora Rf.

Możliwości wyboru Rf poszerzają się wraz ze wzrostem wzmocnienia. Efekt destabilizacji, wynikający z interakcji pojemności wewnętrznej wzmacniacza i rezystora w pętli sprzężenia zwrotnego, słabnie przy wyższym wzmocnieniu. Wraz ze wzrostem wzmocnienia, wzmac­niacz jest mniej narażony na wzbudzanie się.

Przykładowy wykres 1. przedstawia otrzymane w la­boratorium wyniki znormalizowanej odpowiedzi częstotliwościowej dla modelu ADA4807-1. Jest to niskoszumny wzmacniacz typu rail-to-rail po stronie wejścia i wyjścia, w konfiguracji nieodwracającego wzmacniacza ze sprzężeniem napięciowym. Wartość Rf wynosi 10 kΩ, a wzmocnienie odpowiednio 11, 21 i 31 V/V.

Wysokość wzniesienia na wykresie małosygnałowej odpowiedzi częstotliwościowej wskazuje na nie­stabilność. Zwiększenie wzmocnienia z 11 V/V do 31 V/V zmniejsza o 1 dB. wartość wzniesienia przebiegu charakterystyki. To oznacza, że wzmacniacz posiada wystarczający margines fazy przy rezystorze 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 = ±5 V, 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 = ±5 V, rezystancja obciążenia = 1 kΩ

Badanie obwodu w laboratorium nie jest wymaganym krokiem, aby wykryć potencjalną niestabilność. Wykres 2. przedstawia wyniki symulacji z użyciem modelu Spice dla wzmocnień 2 V/V oraz 31 V/V. Niestabilność przy zastosowaniu rezystora Rf o dużej wartości, na przykład 10 kΩ i wzmocnieniu 2 V/V została zestawiona w porównaniu ze wzmocnieniem 31 V/V dla takiego samego rezystora. Z kolei wykres 3. przedstawia wyniki w dziedzinie czasu, odpowiednio 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, R_f = 10 kΩ, Vs = ±5 V, rezystancja obciążenia = 1 kΩ

Wybór rezystora Rf jest kompromisem między różnymi parametrami systemu. Aby osiągnąć maksymalną efektywność, odpowiedni wybór Rf jest zależny od wymagań aplikacji, szczególnie pod względem stabilności, pasma i mocy.