Ёмкость на выходе ОУ Опции

[_DC]

В схеме потребовалось опорное напряжение около 1 В, которое более-менее удачно получается из уже имеющихся 100 мВ с помощью ОУ. Точность и стабильность в пределах 5% вполне устраивает. На выходе ОУ желательно поставить конденсатор, т.к. нагрузка динамическая с частотой до 100 Гц. Начитавшись о проблемах с ёмкостной нагрузкой на выходе ОУ, решил поверить на практике. Собрал на макетке схему неинвертирующего усилителя на "любимом" MCP601: в цепи ОС - 10 кОм, со входа "-" на "общий" - 1 кОм, нагрузка с выхода ОУ на "общий" 10 кОм. Параллельно нагрузке подключал разные конденсаторы и снимал АЧХ и ФЧХ. Что получилось - на картинках во вложениях.
Точками на графиках - АЧХ и ФЧХ без выходного конденсатора. При выходной ёмкости 0.1 uF "керамика" (первый график) в районе 40 кГц возникает увеличение амплитуды, связанное, видимо, с увеличением выходного импеданса ОУ. Дальше спад АЧХ со скоростью 60 дБ/декада, видимо от того, что 20 дБ/декада даёт фильтр первого порядка из выходной ёмкости и резисторов в ОС, а остальные 40 дБ/декада добавляет дальнейшее увеличение выходного импеданса с одновременным снижением сопротивления конденсатора нагрузки. Запас по фазе при единичном усилении составляет 15 градусов, что очень мало. При выходной ёмкости 10 uF "электролит" (второй график) всё становится значительно лучше и запас по фазе составляет уже 80 градусов, но есть небольшой подъём амплитуды после 1 кГц. При 100 uF "электролит" (третий график), вроде, всё совсем хорошо, запас по фазе около 110 градусов.

Вопрос: могу ли я использовать в этой схеме выходной конденсатор 100uF в нагрузке ОУ без использования дополнительных элементов и цепей коррекции или я что-то упускаю из виду?

[Jurenja]

Без дополнительных элементов не получится.
Вот типовые схемы включения для таких случаев:

[_DC]

Без дополнительных элементов не получится.

Почему? При ёмкости 100uF на ФЧХ, вроде, проблем не видно...

Сообщение отредактировал _DC - Mar 28 2016, 03:52

[agregat]

Но Вы же закорачиваете и на довольно длительное время выход ОУ на землю, не боитесь что он вылетит...
На схемах заметьте везде стоит последовательный с выходом ограничительный резистор.
Наверное этот резистор не только для того, чтобы ограничить выходной ток, но и для того чтобы характеристика была
равномерной и для низких частот, и скорее всего его значение раз в 10 больше внутреннего выходного сопротивления ОУ.

[_DC]

Но Вы же закорачиваете и на довольно длительное время выход ОУ на землю, не боитесь что он вылетит...
На схемах заметьте везде стоит последовательный с выходом ограничительный резистор.
Наверное этот резистор не только для того, чтобы ограничить выходной ток, но и для того чтобы характеристика была
равномерной и для низких частот, и скорее всего его значение раз в 10 больше внутреннего выходного сопротивления ОУ.

У MCP601 ток выхода при 5,5В питающего напряжения ограничен значением 22mA, т.е. выходное активное сопротивление внутри ОУ уже 250 Ом.
На счёт "длительного закорачивания выхода" - высокие частоты будут только на фронтах в момент переключения нагрузки.

Насколько я понимаю, резистор Rф последовательно с выходом ОУ нужен только для отделения ёмкостной нагрузки от выхода при наличии цепей
компенсации, чтобы через Сф создать короткий контур ОС по ВЧ. Если цепей компенсации нет, то он, вроде, не нужен.

Сообщение отредактировал _DC - Mar 28 2016, 05:23

[Jurenja]

Проблема не в большом токе нагрузки. В современных ОУ есть встроенная частотная коррекция, которая гарантирует устойчивость до какой-то определённой ёмкости нагрузки. Ёмкость 100 мкФ это слишком много. Например для упомянутого MCP601 все параметры, в т.ч. запас по фазе, указаны для ёмкости нагрузки 50 пФ.
Ситуацию немного улучшает то, что у оксидной ёмкости с таким большим номиналом довольно большое сопротивление потерь, на эквивалентной схеме оно включается последовательно с ёмкостью.

Схему только моделировали, макетировать не пробовали?

[_DC]

Схему только моделировали, макетировать не пробовали?

Так я и сделал макетирование. Характеристики сняты на реальной схеме с реальными элементами.

Проблема не в большом токе нагрузки. В современных ОУ есть встроенная частотная коррекция, которая гарантирует устойчивость до какой-то определённой ёмкости нагрузки. Ёмкость 100 мкФ это слишком много. Например для упомянутого MCP601 все параметры, в т.ч. запас по фазе, указаны для ёмкости нагрузки 50 пФ.
Ситуацию немного улучшает то, что у оксидной ёмкости с таким большим номиналом довольно большое сопротивление потерь, на эквивалентной схеме оно включается последовательно с ёмкостью.

В том-то и дело, что при небольших ёмкостях в нагрузке есть проблемы с устойчивостью, о чём и говорит первый график, снятый с конденсатором 0,1 мкФ в нагрузке. Но когда спад АЧХ начинается значительно раньше,
чем начинается рост выходного импеданса ОУ, схема, на первый взгляд, кажется устойчивой.

[V_G]

Проблема с устойчивостью с 0,1 мкФ от того, что импеданс керамики на ВЧ мал. Имеющиеся у вас танталовые конденсаторы проблем вроде бы не дали, но если пойдет переход к серийному производству, и случайно станут ставить low-ESR конденсаторы, проблемы возникнут.

[Tanya]

В схеме потребовалось опорное напряжение около 1 В, которое более-менее удачно получается из уже имеющихся 100 мВ с помощью ОУ. Точность и стабильность в пределах 5% вполне устраивает. На выходе ОУ желательно поставить конденсатор, т.к. нагрузка динамическая с частотой до 100 Гц.

Не могу понять, с чего Вы взяли, что нужен конденсатор на выходе. Если потребляется ток, больший, чем может выдать ОУ, умощните его транзистором(ами).

[Baser]

В схеме потребовалось опорное напряжение около 1 В, которое более-менее удачно получается из уже имеющихся 100 мВ с помощью ОУ. Точность и стабильность в пределах 5% вполне устраивает. На выходе ОУ желательно поставить конденсатор, т.к. нагрузка динамическая с частотой до 100 Гц.

Если нужно "раскачивать" емкостную нагрузку, то у Analog Devices на многие ОУ есть глава DRIVING CAPACITIVE LOADS,
где рекомендуют RC цепочку на выходе (снаббер), напр.: AD8607

Правда это не ваш случай, вам нужно просто опорное напряжение формировать.
Для таких случаев я обычно или ставлю буфер на ОУ по типовой схеме приведенной ниже (проблем не замечал)

или применяю спец. усилитель для работы на емкостную нагрузку.
В частности применял AD8531 (Low Cost, 250 mA Output, Single-Supply Amplifiers) с одним защитным резистором на выходе (рис.37 из даташита)
выходная емкость была распределенная по длинному датчику 1.5 метра, суммарно тоже около 10 мкф было.

[Herz]

http://electronix.ru/forum/index.php?showt...E5%F0%E5%ED%F1*

http://electronix.ru/forum/index.php?showt...%EA%EE%F1%F2%FC

http://electronix.ru/forum/index.php?showt...6&hl=OPA350

[Ant_m]

У меня что-то подобное, в одной из схем, сделано так. Питание однополярное 10,4в.

[Alexashka]

Если запас по фазе устраивает, то почему бы и нет?
С другой стороны закладываться на выходное сопротивление самого ОУ и ESR "электролита", который на порядки меняется с температурой наверно не есть хорошо.
Для экстремально-низкого выходного импеданса нужно использовать керамику, я когдато делал по такой схеме.

И еще одно: оценивалась не только АЧХ, но в большей степени переходная (или импульсная) характеристика по выходу, т.е смотрелась реакция на скачкообразное изменение тока нагрузки - минимизировалась амплитуда выброса напряжения на выходе и его длительность, что было важно в моем случае.

[_DC]

Если запас по фазе устраивает, то почему бы и нет?
С другой стороны закладываться на выходное сопротивление самого ОУ и ESR "электролита", который на порядки меняется с температурой наверно не есть хорошо.

Да, вы правы, зависимость ESR нагрузочной ёмкости от температуры я как-то упустил из виду.
В документе от TI на страницах 8-9 написано, что частота, при которой образуется нуль на АЧХ (у меня, при нагрузке 100uF, в районе 2 кГц)
зависит только от ESR конденсатора в нагрузке. Получается, при уменьшении ESR и, соответственно, смещения нуля в область более высоких частот, запаса по фазе может и не хватить.

[sigmaN]

Мне тоже кажется, что большой емкостью вы компенсируете тот факт, что нагрузка у вас импульсно потребляет больше чем способен выдать ОУ.
Таким образом если, как и предлагали, "умощнить" ОУ транзистором, обратная связь с легкостью отработает эти 100Гц(это довольно мало) и на выходе вы получите свои 1В 5%.
Возможно обратную связь таки придется компенсировать. Обратить внимание надо будет кроме запаса по фазе еще и на переходные хар-тики при набросе/сбросе нагрузки.

В любом случае итоговая схема получится стабильнее и "правильнее" чем 100мкф на опорном напряжении, еще и с закладкой на ESR конденсатора....

Ну и надо бы озвучить характер нагрузки. А то кроме до 100Гц сейчас ничего не понятно.