Dieser Operationsverstärkerpuffer schwingt und ich kann nicht herausfinden warum

Derzeit ist dies das einzige zusammengebaute Teil auf der Leiterplatte. Dies ist eine einfache invertierende Pufferschaltung, die sich am Eingang befinden sollte. Der Operationsverstärker (LTC6241HV) wird über eine lineare Tischstromversorgung mit +/- 5 V versorgt. Die Stromversorgungsstifte werden mit 0,1 uF-Kappen umgangen.

Ich gebe einen 1-kHz-Sinus ein und am Ausgang erhalte ich einen ~ 405-kHz-Sinus, der dem 1-kHz-Signal überlagert ist. Ich habe versucht, eine zweite Leiterplatte zu bauen, aber die Ergebnisse sind genau die gleichen.

Wenn jemand weiß, was die Ursache dafür sein könnte, würde ich mich freuen zu hören.

LTC6241HV Datenblatt

operational-amplifier buffer oscillation

— user733606
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Wow, 1MEGohm: das ist gefährlich. Versuchen Sie, R1, R3 zu reduzieren.

— glen_geek

Am problematischsten: Der Kondensator C6, der der Schleifenverstärkung eine Tiefpasscharakteristik verleiht. Infolgedessen zusätzliche Phasenverschiebung, die den Phasenabstand verringert - insbesondere aufgrund der Konfiguration der Einheitsverstärkung

— LvW

Wenn Sie High-Z benötigen, fügen Sie parallel zu R1 einen winzigen Kondensator (sogar einige Pf) hinzu. Das sollte helfen, die Schwingung zu töten. Beachten Sie jedoch, dass der Hochfrequenzgang beeinträchtigt ist. Ein optimaler Wert sollte eine flache Reaktion auf etwa 1 MHz ermöglichen.

— Glen_geek

Wenn Sie R3 nicht reduzieren können (mindestens auf 100 KB, besser, wenn noch niedriger), können Sie R1 mit einem Kondensator überbrücken und beispielsweise 100 kHz oder eine niedrigere Bandbreite einstellen. Andernfalls können Sie den nicht invertierenden Eingang mit etwa 100 kOhm oder so gegen Masse schalten und so die Schleifenverstärkung verringern.

— Carloc

Hat jemand nach der Lastkapazität für dieses Problem gefragt? Mit jedem Kabel erhalten Sie xx pF / m und das Datenblatt gibt aus Stabilitätsgründen die Serie R gegen Last pF an. Warum haben Sie dieses Gerät für -1 Gain gewählt? Was ist die Last pF?

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Antworten:

Chip-Lieferanten sind sehr daran interessiert, dass ihre Benutzer häufige Designfehler vermeiden, die anhand von Anwendungsbeispielen in ihren Datenblättern gezeigt werden. Dieser wird von Linear Technology in ihrem Datenblatt für LTC6241 behandelt. Dies gilt auch für viele andere Opamps:

Das gute Rauschverhalten dieser Operationsverstärker kann auf große Eingabegeräte im Differentialpaar zurückgeführt werden. Oberhalb von mehreren hundert Kilohertz steigt die Eingangskapazität an und kann zu Stabilitätsproblemen des Verstärkers führen, wenn sie nicht aktiviert wird. Wenn die Rückkopplung um den Operationsverstärker resistiv (RF) ist, wird ein Pol mit RF, dem Quellenwiderstand, der Quellenkapazität (RS, CS) und der Eingangskapazität des Verstärkers erzeugt. In Konfigurationen mit geringer Verstärkung und mit RF und RS sogar im Kiloohm-Bereich (Abbildung 4) kann dieser Pol eine übermäßige Phasenverschiebung und möglicherweise Schwingung erzeugen. Ein kleiner Kondensator CF parallel zu RF beseitigt dieses Problem.

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

— glen_geek
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Wie von glen_geek vorgeschlagen , habe ich eine 15pF-Kappe über R1 hinzugefügt. Bei der Frequenz Oszillation (~ 400 kHz) hat dies eine effektive Impedanz von etwas mehr als 25 kOhm. Parallel zu 1MOhm R1 bleibt diese Zahl nahezu unverändert. Bei dieser Frequenz Die Verstärkung beträgt ungefähr -0,025, also hohe Frequenz. herausgefiltert werden. Der Ausgang ist nun wie erwartet eine invertierte Sinuswelle. Vielen Dank für Ihre Beiträge!

— user733606

Bei dieser Frequenz Die Verstärkung beträgt ungefähr 0,025, also hohe Frequenz. herausgefiltert werden. Können Sie erklären, was Sie damit meinen? Ich dachte, die Verstärkung dieses Operationsverstärkers ist (-1). Wie kam es zu 0,025 und warum wird es von der Frequenz beeinflusst?

— Eran

@Eran bei 400 kHz hat die 15pF-Kappe eine Impedanz von ungefähr 26,5 kOhm und R1 ändert diese Zahl fast nicht, so dass die Verstärkung, die der Operationsverstärker bei dieser Frequenz hat. beträgt -26,5 K / 1 M = -0,0265, was einer Dämpfung bei dieser höheren Frequenz entspricht. Dies wird mit der Verstärkung bei einer niedrigeren Frequenz verglichen. von beispielsweise 5 kHz, wobei die Kappe eine viel höhere Impedanz aufweist, so dass die Verstärkung des Operationsverstärkers näher an -1 liegt. Dies ist ein typisches Verhalten eines Tiefpassfilters.

— user733606

Richtig! Obwohl Sie das geschrieben haben, habe ich nicht daran gedacht, dass die Impedanz von Kondensator und Widerstand gleichzeitig die Gesamtverstärkung des Operationsverstärkers ändert - ich dachte, die Verstärkung ist immer noch (-1), da es zwei 1M-Widerstände gibt. Vielen Dank!

— Eran

+1 Einer der CMOS-Eingangsteile, die ich häufig verwendet habe, hat ein Front-End, das aus mehreren parallelen MOSFETs besteht, die in einem XY-Array mit der Hälfte der Transistoren für jeden Eingang angeordnet sind. Auf diese Weise werden die Variationen über den Wafer minimiert und Vos wird minimiert. Weder das noch die Konsequenzen (hohe Eingangskapazität) werden im Datenblatt offenbart, obwohl sie auf Anwendungen mit geringem Stromverbrauch abzielen, bei denen Rückkopplungswiderstände mit hohem Wert üblich sind. Vielleicht ist TI nicht so begeistert wie LTC.

— Spehro Pefhany

Um die Schaltung auszugleichen, benötigen Sie einen 499K-Widerstand in Reihe mit dem Eingang (+), Pin 3. Dadurch wird jeglicher Versatz aufgehoben und möglicherweise Ihr Schwingungsproblem gelöst.

— Dan_LXI
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