Kompensacja obciążeń pojemnościowych wzmacniaczy
| TechnikaŹle skompensowane wzmacniacze operacyjne pracujące ze znacznym obciążeniem pojemnościowym łatwo wzbudzają się, wykazują zwężenie pasma przenoszenia i zmniejszenie współczynnika slew-rate. Na takie zachowanie się wzmacniacza ma wpływ jego wewnętrzna architektura oraz duże wzmocnienie w zamkniętej pętli w połączeniu z obciążeniem pojemnościowym. W niniejszym artykule przedstawiono dwa przykłady często stosowanych sposobów kompensacji wzmacniaczy pracujących z dużym obciążeniem pojemnościowym.
Impedancja wyjściowa wzmacniacza przy dużej częstotliwości działa podobnie jak indukcyjność, która w połączeniu z pojemnością obciążenia wywołuje na wyjściu wzmacniacza oscylacje lub przepięcia.
W celu przeciwdziałania tym zjawiskom pomiędzy wyjście wzmacniacza i pojemność obciążającą włącza się szeregowy rezystor izolujący. Jest to technika kompensacji pozapętlowej (out-of-loop). Można ją stosować w przypadku wzmacniaczy ze sprzężeniem zwrotnym napięciowym i prądowym, pracujących w konfiguracji odwracającej i nieodwracającej. Minimalna wartość rezystora izolującego zależy od konkretnego wzmacniacza i jest podawana zwykle w jego danych technicznych. Wadą tej techniki kompensacji jest ograniczenie pasma przenoszenia, zmniejszenie współczynnika slew-rate i ograniczenie zakresu zmienności sygnału wyjściowego.
Na rysunku 1 pokazano przykład kompensacji pozapętlowej wzmacniacza LMH6611. Jest to wzmacniacz z napięciowym sprzężeniem zwrotnym i wyjściem rail-to-rail charakteryzujący się pasmem 345 MHz, współczynnikiem slew-rate równym 460V/μs i czasem ustalania napięcia wyjściowego 100ns (do 0,01 wartości skoku).
Na rysunku 2 przedstawiono charakterystykę napięciową tego wzmacniacza przy pojemności obciążenia CL=100pF i różnych wartościach rezystancji szeregowej RISO. Jak widać, przy minimalnej wartości RISO=10Ω pasmo jest najszersze, ale i przepięcia największe, natomiast przy RISO=30Ω pasmo jest wyraźnie zwężone.
Kompensacja wewnątrzpętlowa
W przeciwieństwie do kompensacji pozapętlowej, kompensacja wewnątrzpętlowa (in-loop) wykorzystująca kondensator CF może być stosowana tylko we wzmacniaczach z napięciowym sprzężeniem zwrotnym.
Przykładowy układ wzmacniacza z kompensacją wewnątrzpętlową pokazano na rysunku 3. Podobnie jak w poprzednio przedstawionym układzie, do oddzielenia wzmacniacza od obciążenia pojemnościowego służy rezystor izolujący RISO, zabezpieczający przed oscylacjami. Kondensator o małej pojemności CF staje się dominującym elementem w ścieżce sprzężenia zwrotnego w zakresie większych częstotliwości. Oba te elementy razem pozwalają na sterowanie dużych obciążeń pojemnościowych przy zachowaniu stabilności pętli. W tabeli 1 przedstawiono parametry odpowiedzi impulsowej przy różnych wartościach pojemności obciążenia CL, rezystancji szeregowej RISO i pojemności CF. Wartości te obowiązują dla wzmocnienia G = 2 (RF = RG = 604Ω) i rezystancji obciążenia RL = 2kΩ. (KKP)
