¿Cómo mantener el amplificador operacional descompensado en una región lineal?

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Background

Para las aplicaciones de transimpedancia, desea mantener los amplificadores operacionales en su región lineal y evitar la saturación del amplificador operacional y la recuperación de saturación.

Esto se puede hacer con un simple circuito de control automático de ganancia cuando se usa un amplificador operacional estable de ganancia unitaria, por ejemplo

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Cuando el diodo se enciende, la respuesta de bucle cerrado mantiene el mismo ancho de banda, pero su magnitud disminuye. El factor de realimentación de alta frecuencia Cfeedback / (Cfeedback + Cin) se acerca a 1, pero no es un problema porque el amplificador operacional es estable en ganancia de unidad. He implementado esto con un OPA656, y funciona bien.

Esto no funcionará con un amplificador descompensado. Oscilará cuando haya demasiada retroalimentación de alta frecuencia. He visto esto con el OPA846.

Pregunta

¿Cómo se mantiene un amplificador descompensado en su región lineal en una aplicación de transimpedancia?

He intentado simular el circuito a continuación, con la esperanza de que cambiar la capacitancia de entrada adicional disminuya la retroalimentación de alta frecuencia, pero los resultados son deficientes.

simular este circuito

Los valores de los componentes en los esquemas no son los que estoy usando en mi circuito real. Son valores redondos para simplificar la discusión del circuito, p. Ej. el factor de realimentación de alta frecuencia del primer circuito cuando el diodo está apagado es 1/101. Mis valores reales de los componentes están ajustados para la velocidad máxima, cerca del límite de la estabilidad, no se conocen exactamente debido a los parásitos de la placa, y me distraerían de la pregunta.

    
pregunta DavidG25

3 respuestas

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Si su amplificador se comporta bien en niveles bajos de corriente con el OPA846, y el problema ocurre solo en niveles altos, entonces creo que tendría tres posibilidades:

1) Reduzca R1 para que tenga menos ganancia de transimpedancia: habrá más rango para la corriente, pero perderá la resolución (amplificación).

2) Ajuste el circuito limitador de ganancia (R2, C2, D1 del primer esquema de su pregunta): Si este circuito funciona bien con el OPA656, quizás también pueda hacer que funcione con el OPA846. Intente cambiar R2, para que la rama de control de ganancia no haga que el circuito sea inestable.

3) Agregue más compensación al circuito cambiando C1 o aumentando C3. Tengo la impresión de que si el circuito funciona bien con el OPA656, pero tiene problemas con el OPA846, podría ser un problema de compensación.

Por lo que sé, puede ser difícil pensar en un circuito limitador de corriente para el fotodiodo, ya que las amplitudes de voltaje involucradas suelen ser muy bajas.

    
respondido por el berto
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El segundo probablemente habría funcionado si Q1 fuera un MOSFET. Ambos introducen una no linealidad sustancial cerca del umbral. Aquí hay una alternativa.

Algo como esto:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Donde R3 / R4 (histéresis) y R6 (carga) deben seleccionarse para evitar oscilar entre los modos de ganancia alta y baja cuando se encuentran cerca del umbral.

Probablemente deba ajustar la forma en que se manejan las apuestas (la corriente de la compuerta se amplifica D :).

    
respondido por el τεκ
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Observaciones generales

Todas las OPAMP tienen una ganancia mínima de bucle cerrado.

Las OPAMP se compensan para garantizar un margen de fase mínimo en su ganancia mínima especificada (generalmente 0.1).

Si desea la estabilidad Y la alta velocidad con un OPAMP no compensado y tiene una ganancia baja, entonces debe compensarse.

Con respecto a la linealidad: la retroalimentación es asegurar la linealidad, no tanto la linealidad del propio bucle abierto del opamp.

Observaciones específicas

El problema se produce debido al AGC: con ganancia alta todo está bien, pero con ganancia baja, no lo es. Por lo tanto, debe asegurarse de que aún tiene una alta ganancia desde el punto de vista de AOP, o necesita compensar el opamp en estos casos.

  1. Podría intentar disminuir su nivel de entrada en lugar de disminuir la ganancia.
  2. Podría intentar agregar una compensación al reducir la ganancia.

En su esquema con Q1, observo que Q1 normalmente no conduciría ya que el voltaje de salida es normalmente más alto que el voltaje de entrada. Pero cuando se debe a la oscilación, la tensión de salida se vuelve más baja que la entrada, la retroalimentación en realidad aumenta debido a que está compensando la corriente de entrada. Entonces, está reduciendo la ganancia y llevando el OPAMP a la región inestable.

Sugerencias

Para disminuir la entrada, puede agregar un diodo normal en el modo de avance. Conducirá poco cuando el receptor tenga una salida baja, y más cuando la salida del receptor sea alta; por lo tanto, actuará como un AGC. Necesitará algo de simulación y selección de diodos para encontrar el óptimo. Esto no es una respuesta del OPAMP, por lo que no afecta su ganancia de bucle cerrado.

Otro problema con su método utilizando Q1 es que el análisis de pequeña señal se aplica a todo. Creo que deberías tener un circuito rectificador para tener una retroalimentación promedio. Si la retroalimentación de AGC es una corriente de baja frecuencia, no está aumentando su retroalimentación de alta frecuencia más que las frecuencias más bajas.

Para mantener baja la retroalimentación de alta frecuencia, debe bloquear la ruta de retroalimentación superior para frecuencias altas. Puede agregar una inductancia en serie de la ruta de retroalimentación, o probablemente agregar un capacitor de derivación a tierra en su ruta de retroalimentación.

Agregar compensación para frecuencias altas solo cuando la ganancia es baja, parece más difícil. Un condensador variable de voltaje podría ayudar a hacer que un filtro RC se adapte al nivel de la señal, pero parece más difícil de sintonizar.

Espero que estos pensamientos te ayuden.

    
respondido por el le_top

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