Як зберегти декомпенсований підсилювач в лінійній області?

Фон

Для програм для транзиденсації потрібно зберегти підсилювачі в їх лінійній області та уникнути насичення та підсилення.

Це можна зробити за допомогою простої автоматичної схеми управління посиленням, коли використовується стабілізаційний підсилювач єдності, наприклад

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Коли діод вмикається, відповідь замкнутого циклу підтримує ту саму пропускну здатність, але його величина зменшується. Високочастотний коефіцієнт зворотного зв'язку Cfeedback / (Cfeedback + Cin) наближається до 1, але це не є проблемою, оскільки підсилювач є стабільним підсиленням. Я реалізував це за допомогою OPA656, і він працює добре.

Це не буде працювати з декомпенсованим підсилювачем. Він буде коливатися, коли надто багато високої частоти зворотного зв'язку. Я бачив це з OPA846.

Питання

Як ви зберігаєте декомпенсований підсилювач у його лінійній області в додатку для трансміденсації?

Я спробував імітувати схему нижче, сподіваючись, що включення додаткової вхідної ємності зменшить високу частоту зворотного зв'язку, але результати погані.

^{моделювати цю схему}

Значення компонентів у схемах - це не те, що я використовую у своїй фактичній схемі. Вони є круглими значеннями для спрощення обговорення ланцюга, наприклад, коефіцієнт зворотного зв’язку високої частоти першого ланцюга при вимкненому діоді становить 1/101. Мої фактичні значення компонентів налаштовані на максимальну швидкість, близьку до межі стійкості, не точно відому через паразитики на борту, і це б відволікало від питання.

Якщо ваш підсилювач добре поводиться при низьких рівнях струму з OPA846, а проблема трапляється лише на високих рівнях, то я вважаю, що у вас є три можливості:

1) Зменшіть R1, щоб у вас був менший коефіцієнт посилення трансимпації: буде більше діапазону для струму, але ви втратите роздільну здатність (посилення).

2) Налаштування схеми обмеження посилення (R2, C2, D1 за першою схемою у вашому запитанні): Якщо ця схема добре працює з OPA656, можливо, ви також можете змусити її працювати з OPA846. Спробуйте змінити R2, щоб гілка контролю посилення не зробила ланцюг нестабільною.

3) Додайте більше компенсації до ланцюга, змінивши С1 або збільшивши С3. У мене складається враження, що якщо схема працює нормально з OPA656, але має проблеми з OPA846, то це може бути проблемою компенсації.

Наскільки я знаю, важко придумати схему обмеження струму для фотодіоду, оскільки амплітуди напруги, що задіяні, зазвичай дуже низькі.

Другий, мабуть, спрацював би, якби замість Q1 був MOSFET. Обидва запроваджують значну нелінійність біля порогу. Ось альтернатива.

Щось на зразок цього:

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Там, де R3 / R4 (гістерезис) та R6 (навантаження) потрібно вибирати, щоб уникнути коливань між режимом високого та низького коефіцієнта посилення при близькому до порогу.

Ймовірно, вам потрібно буде відрегулювати спосіб приводу футлярів (струм воріт посилюється D :).

Загальні спостереження

Усі OPAMP мають мінімальний коефіцієнт посилення в закритому циклі.

OPAMP компенсуються для забезпечення мінімального запасу фази при визначеному мінімальному посиленні (зазвичай 0,1).

Якщо ви хочете як високої швидкості, так і стабільності з некомпенсованим OPAMP і маєте низький коефіцієнт посилення, тоді вам доведеться компенсувати себе.

Що стосується лінійності: зворотний зв'язок забезпечує лінійність, а не стільки лінійність самого відкритого циклу оператора.

Конкретні спостереження

Проблема виникає через AGC - з високим коефіцієнтом посилення все нормально, але з низьким коефіцієнтом посилення, це не так. Тому вам потрібно забезпечити високий прибуток з точки зору АОП, або вам потрібно буде компенсувати оппам у цих випадках.

1. Ви можете спробувати зменшити рівень введення, а не зменшувати коефіцієнт посилення.
2. Ви можете спробувати додати компенсацію, зменшуючи приріст.

У вашій схемі з Q1 зауважу, що Q1 зазвичай не ведеться, оскільки вихідна напруга зазвичай перевищує напругу входу. Але коли через коливання вихідна напруга стає меншою, ніж вхідна, зворотний зв’язок насправді стає вище, оскільки ваш компенсує вхідний струм - це зворотній зв'язок! Таким чином, ви знижуєте коефіцієнт підсилення та приносите ОПАМП у нестабільний регіон.

Пропозиції

Щоб зменшити вхід, ви можете додати звичайний діод у режимі вперед. Це буде мало, коли приймач має низький вихід, і більше, коли вихідний сигнал приймача високий, тому він виступає як АРУ. Для пошуку оптимуму знадобиться деяке моделювання та вибір діода. Це не зворотний зв'язок від OPAMP, тому це не впливає на його посилення в замкнутому циклі.

Інша проблема вашого методу, що використовує Q1, полягає в тому, що малий аналіз сигналу стосується всього. Я думаю, що ви повинні мати випрямний ланцюг, щоб мати середній зворотній зв'язок. Якщо зворотний зв'язок AGC є струмом низької частоти, це не збільшує ваш високочастотний зворотний зв'язок більше ніж нижчі частоти.

Щоб зберегти низькочастотний зворотний зв'язок низьким, вам слід заблокувати шлях вищого зворотного зв'язку для високих частот. Ви можете додати індуктивність в послідовному напрямку зворотного зв’язку або, ймовірно, додати обхідний конденсатор на землю у шляху зворотного зв'язку.

Додавання компенсації за високі частоти лише тоді, коли коефіцієнт посилення низький, здається складнішим. Конденсатор змінної напруги може допомогти зробити RC-фільтр адаптивним до рівня сигналу, але це здається важче налаштувати.

Я сподіваюся, що ці думки вам допоможуть.