Kompensacja obciążeń pojemnościowych wzmacniaczy

Źle 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.

Posłuchaj
00:00

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)

 

Powiązane treści
Projektowanie interfejsów użytkownika z sensorami pojemnościowymi
Wzmacniacze mocy - przegląd klas - od A do H
Zobacz więcej w kategorii: Technika
Elektromechanika
Łączenie przewodów elektrycznych - przegląd dostępnych technologii zacisków
Mikrokontrolery i IoT
Dotykowe czujniki indukcyjne - nowy wymiar interfejsu HMI
Komunikacja
UWB w systemach RTLS
PCB
Projektowanie PCB z uwzględnieniem wymagań dla testów
Zasilanie
Sterowniki tranzystorów MOSFET w układach półmostkowych
Pomiary
Czym jest analog front-end (AFE)?
Zobacz więcej z tagiem: Artykuły
Magazyn
Czerwiec 2025
Targi zagraniczne
Elmässan Stockholm 2025
Magazyn
Maj 2025
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów