如何将失补偿运算放大器保持在线性区域?

电器工程 运算放大器 放大器 模拟 光电二极管
2022-01-25 14:58:36

背景

对于跨阻应用,您希望将运算放大器保持在其线性区域并避免运算放大器饱和和过驱动恢复。

这可以在使用单位增益稳定运算放大器时通过简单的自动增益控制电路来完成,例如

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

当二极管开启时,闭环响应保持相同的带宽,但其幅度减小。高频反馈因数 Cfeedback/(Cfeedback+Cin) 接近 1,但这不是问题,因为运算放大器是单位增益稳定的。我已经使用 OPA656 实现了这一点,并且效果很好。

这不适用于失补偿放大器。当高频反馈过多时,它会振荡。我已经在 OPA846 上看到了这一点。

如何在跨阻应用中将失补偿放大器保持在其线性区域?

我尝试模拟下面的电路,希望切换额外的输入电容会降低高频反馈,但结果很差。

示意图

模拟这个电路

原理图中的元件值不是我在实际电路中使用的值。它们是整数值,以简化电路的讨论,例如,当二极管关闭时,第一个电路的高频反馈因子为 1/101。我的实际组件值已针对最大速度进行了调整,接近稳定性边缘,由于电路板寄生效应并不完全清楚,并且会分散问题的注意力。

3个回答

如果您的放大器在使用 OPA846 的低电流时表现良好,并且问题仅在高电平时发生,那么我相信您将有三种可能性:

1) 减小 R1 以减少跨阻增益:电流范围会更大,但会失去分辨率(放大)。

2) 调整增益限制电路(问题中第一个原理图中的 R2、C2、D1):如果此电路与 OPA656 一起工作正常,也许您也可以使其与 OPA846 一起工作。尝试改变R2,使增益控制支路不会使电路不稳定。

3)通过改变C1或增加C3给电路增加更多的补偿。我的印象是,如果电路在 OPA656 上运行良好,但在 OPA846 上出现问题,则可能是补偿问题。

据我所知,很难想到光电二极管的限流电路,因为所涉及的电压幅度通常非常低。

如果 Q1 改为 MOSFET,第二个可能会起作用。两者都在阈值附近引入了大量的非线性。这是一个替代方案。

像这样的东西:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

其中,需要选择 R3/R4(迟滞)和 R6(负载)以避免在接近阈值时在高增益和低增益模式之间振荡。

您可能需要调整场效应晶体管的驱动方式(栅极电流被放大 D:)。

一般意见

所有 OPAMP 都具有最小闭环增益。

对 OPAMP 进行补偿以确保在其指定的最小增益(通常为 0.1)下具有最小相位裕度。

如果您希望通过未补偿的 OPAMP 同时获得高速和稳定性并且增益低,那么您必须自己进行补偿。

关于线性度:反馈是确保线性度,而不是运算放大器开环本身的线性度。

具体观察

问题的出现是因为 AGC - 高增益时一切正常,但低增益时则不然。因此,您需要确保从 AOP 的角度来看您仍然具有高增益,或者在这些情况下您需要补偿运算放大器。

  1. 您可以尝试降低输入电平而不是降低增益。
  2. 您可以尝试在减少增益时增加补偿。

在您的 Q1 原理图中,我注意到 Q1 通常不会导通,因为输出电压通常高于输入电压。但是当由于振荡,输出电压确实低于输入时,反馈实际上会变高,因为您正在补偿输入电流 - 这就是反馈!因此,您正在降低增益并将 OPAMP 置于不稳定区域。

建议

要降低输入,您可以在正向模式下添加一个普通二极管。当接收器的输出低时它会传导很少,而当接收器的输出高时它会传导更多 - 因此充当AGC。它需要一些模拟和二极管选择才能找到最佳值。这不是来自 OPAMP 的反馈,因此不会影响其闭环增益。

使用 Q1 的方法的另一个问题是小信号分析适用于所有事物。我认为你应该有一个整流电路来获得平均反馈。如果 AGC 反馈是低频电流,它不会比低频增加更多的高频反馈。

为了保持您的高频反馈较低,您应该阻止高频的较高反馈路径。您可以在反馈路径的串联中添加一个电感,或者可能在反馈路径中添加一个旁路电容接地。

仅在增益较低时才添加对高频的补偿似乎更困难。电压可变电容器有助于使 RC 滤波器适应信号电平,但似乎更难调整。

我希望这些想法对你有所帮助。