Источник VRef на ВЧ ОУ, работа ОУ на емкостную нагрузку Опции

[ViKo]

Из имеющегося опорного напряжения +2,5 В делаю VRef +1,25 В. Относительно этого напряжения аналоговая схема будет усиливать широкополосный сигнал, до сотен мегагерц. Поэтому выходной импеданс VRef во всей полосе должен быть минимальным. Повесил конденсатор на выход. Ток в этой цепи будет забираться - отдаваться по 2 мА примерно. Пробовал на ОУ с транзистором, но ВЧ ОУ ADA4807 и без транзистора справляется. На картинке показаны небольшие затухающие колебания при изменении нагрузки. В принципе, терпимо. Но можно ли избавиться совсем?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Guest_TSerg_*]

А, где здесь хоть какая-то ОС?

[Александр1]

А как ведет себя схема без С4?
ОУ должен своим выходным сопротивлением обеспечить низкий импеданс на выходе.

[ViKo]

Без конденсатора на выходе выбросы с 1,25 В до 1,60 В и вниз столько же.
ОС - прямо перед глазами, глядящими на ОУ.

[Guest_TSerg_*]

ОС по току, поскольку ток является возмущающим параметром.
Включение емкости прямо на выход почти всегда приводит к недостаточно устойчивым схемам, потому и звенит.
Надо отделить конденсатор хотя бы 0.1 Ом безиндуктивным.

[ViKo]

ОУ должен своим выходным сопротивлением обеспечить низкий импеданс на выходе.

На ВЧ волшебные свойства ОУ исчезают, выходной импеданс у данного ОУ на 200 МГц равен 100 Ом.

[Александр1]

Из практики. Когда-то столкнулся с возбуждением ОУ К574УДх, у которого инв. вх и выход были соединены непосредственно. Возбуждение удалось убрать включением 1 кОм между инв. вх и выходом. С тех пор напрямую инв вх и вых не соединяю: на всякий случай.
Если на ВЧ импеданс выхода растет, тогда зачем подключать сразу 100 мкФ? В ДШ приведена подобная схема включения ОУ, так в ней к выходу подключены 10 мкФ и 0,1 мкФ. Пробуйте еще и так.

[ViKo]

Пробую по всякому. Резистор между выходом и конденсатором 1 Ом, с конденсатора на инв. вход через резистор 1 кОм, с выхода ОУ на инв. вход конденсатор 10 нФ - выбросы размахом 2 мВ.

[rudy_b]

Вот так. R308 - 1к.

[Guest_TSerg_*]

Надо так пробовать (размах 0.3 мВ):

[ViKo]

Вот так. R308 - 1к.

Вот так и описал словами выше. С предложенными номиналами звон размахом 850 мкВ.

Надо так пробовать (размах 0.3 мВ):

Понял, попробую. Но схема из первого сообщения звенит с размахом 260 мкВ.

Если на ВЧ импеданс выхода растет, тогда зачем подключать сразу 100 мкФ? В ДШ приведена подобная схема включения ОУ, так в ней к выходу подключены 10 мкФ и 0,1 мкФ. Пробуйте еще и так.

Конденсаторы в симуляторе идеальные, чем больше емкость - тем лучше. В реальной схеме будет батарея разных параллельно, естественно.

[rudy_b]

Вот так и описал словами выше. С предложенными номиналами звон размахом 850 мкВ.

Так не бывает. Суммарноый ESR емкостей - порядка тысячной ома. При импульсном токе 2мА скачок напряжения - порядка 2 мкВ. Скорее всего ты видишь паразитные наводки на щупы - попробуй измерить напряжение на земляной ноге емкости.

[Guest_TSerg_*]

Понял, попробую. Но схема из первого сообщения звенит с размахом 260 мкВ.

Она на грани устойчивости, а в реальности может ее потерять.

[ViKo]

Так не бывает. Суммарноый ESR емкостей - порядка тысячной ома. При импульсном токе 2мА скачок напряжения - порядка 2 мкВ. Скорее всего ты видишь паразитные наводки на щупы - попробуй измерить напряжение на земляной ноге емкости.

Симулятор LTspice.

[rudy_b]

А, ты в симуляторе - если в моей схеме он такое показывает -выбрось его - он нагло врет. Или у выводов емкостей проставлены индуктивности.

[Guest_TSerg_*]

Два разных симулятора не могут врать одновременно и одинаково.

[ViKo]

В схеме TSerg (ОУ ADA4807) выбросы затухают быстро, размах 290 мкВ. Как же их совсем убрать?

Или у выводов емкостей проставлены индуктивности.

Очень может быть. Ну, так они и в жизни есть. Давайте сделаем, чтобы в симуляторе не звенело.

[тау]

Симулятор LTspice.

всё ясно.

[ViKo]

всё ясно.

Тау гнет свою линию, "Карфаген должен быть разрушен!"

Прикрепленные изображения

 

[rudy_b]

Посмотрел, у тебя просто опер звенит. Добавил корректирующую цепь.
Вот схема (Orcad) и результат.

 RefOpGrf.pdf ( 35.08 килобайт ) Кол-во скачиваний: 46


Смысл в том, что ВЧ колебания давят емкости, а НЧ подстройку дает опер.

[ViKo]

У меня пока единственное, что уменьшает звон - это увеличить емкость на выходе. 1000 мкФ дают размах звона около 80 мкВ. Схема при этом может быть любой.

Посмотрел, у тебя просто опер звенит. Добавил корректирующую цепь.

Измени период сигнала в нагрузке до 10 мс.

[Guest_TSerg_*]

У меня пока единственное, что уменьшает звон - это увеличить емкость на выходе. 1000 мкФ дают размах звона около 80 мкВ. Схема при этом может быть любой.

Попробуй еще как снаббер поставить, т.е. как бы использовать C с плохим ESR.
При тех же 100u при R=18m снижает размах до 220 мкВ.

[rudy_b]

И все равно порядка 60 мкВ пик-пик.
 RefOpGrf1.pdf ( 17.04 килобайт ) Кол-во скачиваний: 36

А если С2 увеличить до 10000u, а С3 до 1u -порядка 16 мкВ пик-пик.
 RefOpGrf2.pdf ( 35.59 килобайт ) Кол-во скачиваний: 39

Верхний график - выход опера.

[Guest_TSerg_*]

А, вообще, пора к опытам переходить

[ViKo]

А, вообще, пора к опытам переходить

К опытам - нескоро. Сначала схему нарисовать, затем плату развести, затем комплектацию закупить, затем изготовить, и вот тогда... Не, не тогда... Еще программ написать для ПЛИС и МК. И для компа.

[prig]

А, вообще, пора к опытам переходить

Вообще-то, стоило бы прогнать АЧХ/ФЧХ от генератора в нагрузке до выходной ёмкости.
Схема коррекция rudy_b вполне классическая, но с параметрами вроде малость впахано.
Как результат, импеданс в точке подключения конденсатора может быть с хорошим горбом.
Да и со снаббером по Вашему же совету стоило бы помучить. Иногда реально бывает полезно.

А на мой вкус, я бы постарался отказаться от динамической нагрузки как таковой.
Это не всегда удаётся, как в случае с самплирующими входами АЦП.
Но с ними и постановка задачи немного другая.

П.С. Извиняюсь за "многабукоф" вместо картинок. Под рукой сейчас "пэспайса" нет, т.к. использую редко.

[ViKo]

Нужно именно напряжение, относительно которого будут работать несколько ОУ - принимать и усиливать сигнал, смещенный на 1,25 В. Генератор в нагрузке на схеме - это и есть выходы тех ОУ.

[Guest_TSerg_*]

Нужно именно напряжение, относительно которого будут работать несколько ОУ - принимать и усиливать сигнал, смещенный на 1,25 В. Генератор в нагрузке на схеме - это и есть выходы тех ОУ.

Так ОУ имеют неплохой коэф. подавления по питанию + местные фильтры. Вообще проблем не вижу.

Вообще-то, стоило бы прогнать АЧХ/ФЧХ от генератора в нагрузке до выходной ёмкости.
Да и со снаббером по Вашему же совету стоило бы помучить. Иногда реально бывает полезно.

Есс-но, прогонял.
Вот вариант со снаббером:

[тау]

1000 мкФ дают размах звона около 80 мкВ. Схема при этом может быть любой.

это оттого что ЭлТэСпайс - наркотик. Пора отвыкать .

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ViKo]

Так ОУ имеют неплохой коэф. подавления по питанию + местные фильтры. Вообще проблем не вижу.

Так они друг на друга влиять будут выходами своими. А там, где у одного выход, у другого вход. ПОС получится (горячо любимая тау).

это оттого что ЭлТэСпайс - наркотик. Пора отвыкать.

Не улавливаю связи между текстом и картинкой. Вижу, нагрузка болтает опорой как незнамо что. Хочу прямую горизонтальную линию!

[Guest_TSerg_*]

Пора отвыкать .

Эта схема с MC11 вообще нерабочая - после С=10u идет возбуд.
Кроме того, у тау использован lm324 с GBW= 1MHz.
Может есть План, конечно.

[prig]

...
Есс-но, прогонял.
Вот вариант со снаббером:
...

Это х-ки усилителя. А стоить посмотреть в другую сторону, от генератора, имитирующего динамическую нагрузку.

И опять же, маленький момент к предыдущим режимам моделирования.
Импульсное изменение нагрузки с очень крутым фронтом может выводить ОУ из линейного режима. Особливо в случае упрощённой коррекции с одним конденсатором.
Так что, оценка по таким картинкам не вполне корректна.

В конечном счёте, существенен импеданс в рабочей полосе. Потому и АЧХ от нагрузки.

П.С. И кстати, по х-ке усилителя видно, что быстрый ОУ становится уже совсем не быстрым.
С такими схемами весь фокус как раз в оптимизации сочетания ОУ и емкости нагрузки.
Сверхбыстрый ОУ там вовсе не обязателен. Выходная ёмкость его всё равно угробит.

это оттого что ЭлТэСпайс - наркотик. Пора отвыкать .

Любой х-спайс - наркотик.

Забивать гвозди одинаково хреновоо как ломом, так и отбойным молотком.
Но и тот и другой можно вполне успешно использовать при адекватной постановке задачи и правильном понимании результата.

[Guest_TSerg_*]

И опять же, маленький момент к предыдущим режимам моделирования.
Импульсное изменение нагрузки с очень крутым фронтом может выводить ОУ из линейного режима. Особливо в случае упрощённой коррекции с одним конденсатором.
Так что, оценка по таким картинкам не вполне корректна.

Это - да.
Еще, кстати, не совсем понял условие ТС-ра, когда моделируется втекающий и вытекающий токи.
Нагрузка (ОУ) не может быть источником эдс выше питания.
Так, что осетра надо урезать и моделировать изменение нагрузки от нуля до желаемого тока (или от мин. до макс).
И еще, как верно сказано - подзавалить фронты.

P.S.
В общем, при изменении нагрузки от 0 до 2 мА с фронтами, от 10 нс до 10 мкс размах помехи находится в пределах 110..90 мкВ.
Надо ли оно лучше - не знаю.

P.P.S.
Есть лучшая схема - классическая схема ИП на ОУ + 2 ВЧ-транзистора по схеме Шиклаи и Uref = 1.25 В.
ОС по out-напряжению.
В этом случае, при прочих равных, помеха <= 30 мкВ.
Но, это рассыпуха, вряд ли ТС-ру она интересна.

[ViKo]

Фронты заданы, исходя из сигнала, ну, слегка с запасом. Впрочем, при более заваленных фронтах картина не меняется. Разве что совсем завалить. Мне это не нужно. Тяжело в учении, легко на работе.
Что касается токов - все так и есть, как задано. 2 мА туда, 2 мА обратно. Я не ток задаю, а напряжение. Оно такое реально будет в выходном каскаде. И ток примерно такой (1,45 мА, вроде, по прикидкам). Ничего выше-ниже питания у меня нет.
ОУ высокочастотный работает лучше. Пробовал другие. С некоторыми возбуждается сильно, на вольты, а с этим - милливольты.

[тау]

Не улавливаю связи между текстом и картинкой. Вижу, нагрузка болтает опорой как незнамо что. Хочу прямую горизонтальную линию!

фигвам.
ваша схема, обсуждаемая и большинство других схем, приведенных в топике , есть полосовой или узкополосный фильтр . На частоте настройки зело растет выходной импеданс . На частоте настройки импульсное потребление будет вызывать большую пульсацию на выходе. При тех номиналах что я указал в примере ( с 1000 мкф на выходе как Вы хотели, утверждая про 80 мкВ) частота настройки данного фильтра около 870 герц. На выходе ОУ почти полный размах напряжения этой частоты. От типа ОУ практически не зависит.

[Guest_TSerg_*]

Импеданс со стороны нагрузки:
Схема со снаббером (18..33 мОм), C = 100u.
В целом и так было понятно по прямой АЧХ, где будет горб, ибо на прямой была яма (первая яма на ФЧХ).

Резонансная частота в районе 40-50 кГц. По пульсациям помехи это тоже понятно.
Изменяя R снаббера можно видоизменять помеху от "пичка" до затухающей синусоиды.
Есть некий оптимум, но это все уже должно выявляться на макете.

[ViKo]

ваша схема, обсуждаемая и большинство других схем, приведенных в топике , есть полосовой или узкополосный фильтр . На частоте настройки зело растет выходной импеданс . На частоте настройки импульсное потребление будет вызывать большую пульсацию на выходе. При тех номиналах что я указал в примере ( с 1000 мкф на выходе как Вы хотели, утверждая про 80 мкВ) частота настройки данного фильтра около 870 герц. На выходе ОУ почти полный размах напряжения этой частоты. От типа ОУ практически не зависит.

Зависит. Зуб на АЧХ имеется, да. Колебания на этой частоте мы видим, правильно. Но их можно сделать небольшими, затухающими.
Вы выбрали ископаемый ОУ, закручивающий фазу винтом. И к-т передачи в петле ОС, равный 1.

Снаббер, говорите... Ща забацаем.
Попробовал. Да, могу подавить зуб на АЧХ. Но его можно задавить и последовательным резистором на выходе. 0,2 Ом хватило. Поманипулирую с номиналами, потом покажу.

[rudy_b]

Ну, если аккуратно подобрать коррекцию для схемы с 10000u, то получится примерно так.

Результат - пульсации порядка 15 мкв (пик-пик).
 tmp_ref_SCHEMATIC1_d.pdf ( 23.38 килобайт ) Кол-во скачиваний: 31

Если ограничить емкость 1000u, при аккуратной коррекции получаются пульсации порядка 40 мкв.

[ViKo]

Ну, если аккуратно подобрать коррекцию для схемы с 10000u то получится примерно так.
Если ограничить емкость 1000u, при аккуратной коррекции получаются пульсации порядка 40 мкв.

Вряд ли буду ставить такие конденсаторы. 100 мкФ - реально. Пульсации до 1 мВ, думаю, меня устроят. Главное, чтобы схема, привязанная к этому VRef, не возбудилась.

[rudy_b]

Если у тебя несколько схем - раздели опору повторителями, если одна - пульсации тебе мешать не будут.

[ViKo]

Если у тебя несколько схем - раздели опору повторителями, если одна - пульсации тебе мешать не будут.

Понял, благодарю. Приберегу решение на время работы с реальным железом. Там несколько микросхем в цепи, первая и последняя усиливают относительно этого VRef.

[Guest_TSerg_*]

Если ограничить емкость 1000u

"Савсем люди озверели, да-э".

[Timmy]

Немного из практики: делали аналогичный опорник, только на другом ОУ, по схеме, как TSerg нарисовал. Коллега смоделировал её "как есть". Я обратил внимание, что модель ОУ не учитывает возрастание выходного импеданса ОУ на высоких частотах, и смоделировал, добавив 100 Ом в выход ОУ, что дало более пессимистичные номиналы цепи частотной коррекции, однако коллега с моим решением не согласился. После натурных испытаний оказалось, что схема стабильна, но только в ограниченном температурном диапазоне, в общем, пришлось сменить на мои пессимистичные номиналы. И, конечно, напрямую большой конденсатор к выходу этого ОУ нельзя подключать, даже если SPICE не показывает возбуждения.

[ViKo]

Все дело в емкости на инв. входе ОУ. Из-за нее возбуждается. Она и от разводки зависит, ага.
Я считаю, модель ОУ учитывает зависимость вых. сопротивления от частоты. Должна.

[Timmy]

Все дело в емкости на инв. входе ОУ. Из-за нее возбуждается. Она и от разводки зависит, ага.
Я считаю, модель ОУ учитывает зависимость вых. сопротивления от частоты. Должна.

Недопустимый сдвиг фазы в контуре обратной связи может вызывать как входная, так и выходная ёмкость. Обратите внимание, что по даташиту ADA4807 заметно теряет запас устойчивости при нагрузке всего 15pF (figure 17).
А модель стоить проверить на адекватность выходного импеданса, это совсем несложно.

[ViKo]

На рисунке 17 фаза не показана. Зато есть рис. 67-69, из которых следует, что для больших емкостей даже Rseries не нужен. И есть рис. 73, где ОУ работает прямо на емкость. Хороший ОУ я выбрал.

[Tanya]

https://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...st&p=644438 не ново под Луной...

[ViKo]

Не могу от ADA4077 добиться нормальной работы. Как будто не может выдать тока почти совсем. Модель, что ли, кривая? Если у кого остался энтузиазм, проверьте, пожалуйста.
Привлекают прецизионные свойства данного ОУ.

Вчерашние-сегодняшние исследования остановил на данной схеме:

320 мкВ размах пульсаций.

По ссылке, показанной Tanya, мое мнение - фантазии дилетантов.

[Guest_TSerg_*]

Не могу от ADA4077 добиться нормальной работы. Как будто не может выдать тока почти совсем. Модель, что ли, кривая?

У меня модель от AD (0.0 (11/2012)).
Снижение выходного напряжения начинается при токах 0.4 мА, а при 0.8 мА - ноль на выходе.
Вот такая вот, модель.

К слову сказать, AD, выкладывая модели opamp, иногда указывает, что это tranzient-model, а иногда "забывает".
Полагаю, для ADA4077 это именно тот случай, т.е. считать можно переходные процессы, АФЧХ, но без учета нагрузки.
Поэтому, когда требуется адекватно моделирование, я всегда тестирую модель чего-либо на соблюдение ТХ, с учетом здравого смысла.
Например, нечасто, модели opamp включают подсистему моделирования токов потребления, поэтому все схемы, где это требуется для работы других каскадов, моделироваться не будут.

Модель ADA4850, которой я пользовался вместо ADA4807 в симуляциях выше, имеет номинальный ток 80 мА (без снижения Uout) и ток к.з. 105 мА, что близко к паспортным данным.

[ViKo]

Звон на выбросах давить я научился. А как сами выбросы уменьшить? Чем они определяются? У разных ОУ они разные. Сейчас симулирую ADA4522 - всем хорош ОУ, но размах пульсаций 3,12 мВ в лучшем случае.

[MegaVolt]

Звон на выбросах давить я научился.

А как если не секрет?

[ViKo]

А как если не секрет?

Да, вот же, на картинке выше показано.

[_Vova]

вопрос устойчивости ОУ (в качестве буффера опоры) при работе на большую емкость, кажется, уже обсуждался.
AD в своих оценочных платах для АЦП использует AD8031, TI - OPA350.
How the voltage reference affects ADC performance

[rudy_b]

Выбросы определяются параметрами коррекции, которую приходится делать для подавления визга(основное), быстродействием и усилением опера (в меньшей степени) ну и выходным током.

При небольших коррекциях номиналов в последней схеме и при емкости фильтра 100u можно довести пульсации до, примерно, 170 мкв пик-пик (опер ADA4807).
 tmp_ref_SCHEMATIC1_d.pdf ( 14.96 килобайт ) Кол-во скачиваний: 38

[ViKo]

Выбросы определяются параметрами коррекции, которую приходится делать для подавления визга(основное), быстродействием и усилением опера (в меньшей степени) ну и выходным током.
При небольших коррекциях номиналов в последней схеме и при емкости фильтра 100u можно довести пульсации до, примерно, 170 мкв пик-пик (опер ADA4807).

Быстродействие и усиление ОУ - да, похоже, дело в них.
ADA4807 не хочу использовать, у него смещение большое (100 мкВ), дрейф его же и входной ток тоже. AD8031 по этим параметрам еще хуже.
Отделить бы выходной конденсатор от нагрузки, может, и ОУ не давал выбросов.

[ViKo]

ADA4522 + BFT93
1.22 mV

+ BC856B
0.87 mV

[rudy_b]

Если уж транзисторы навешивать, то лучше так.

Пульсации менее 30 мкВ пик-пик.
 tmp_ref_SCHEMATIC1_d.pdf ( 9.48 килобайт ) Кол-во скачиваний: 32

[ViKo]

Если уж транзисторы навешивать, то лучше так.

Может, оно и лучше. Мне должно хватить одного транзистора. Ток-то небольшой.
Смотрел на такие схемы. Еще можно вставить резисторы в цепях питания ОУ, и к ногам питания базы транзисторов подключить.
ADA4522 дает очень малое смещение. Жаль, что у тех ОУ, что будут относительно этого опорного напряжения работать, не такое малое смещение. Так что ценность его уменьшается.

[Gruffly]

Мне должно хватить одного транзистора.

Успеха и Веры

[ViKo]

Успеха и Веры

Рахмат!
Такая схема есть в китайском приборе, и не в одном. У меня, благодаря данному обсуждению, даже лучше. Не сомневайся. Хотел попроще сделать, согласно своему перфекционизму, но в данном случае не стоит.

[Gruffly]

Рахмат!
Такая схема есть в китайском приборе

Это очень сильная мотивация - что сделали китайцы, то - дешево, хотя и живет недолго.