Ich habe die Aufgabe, einen optoelektronischen Sensor zu konstruieren. Da ich sehr schwach in Verstärker- und Steuerungstheorie bin, arbeite ich an den Grundlagen von Operationsverstärkern. Nach diesem Referenzdesign von TI erfuhr ich, dass Rückkopplungskondensatoren für die Stabilität von Fotodiodenverstärkern wichtig sind.
Die Berechnung des Kondensatorwerts ist jedoch mehrdeutig (Abschnitt 2.3):
Der Rückkopplungskondensator bildet zusammen mit dem Rückkopplungswiderstand einen Pol im Frequenzgang des Verstärkers:
𝑓𝑃=1/(2𝜋𝐶1𝑅1)(4)
Oberhalb dieser Polfrequenz nimmt die Verstärkung der Schaltung ab. Der maximale Wert des Rückkopplungskondensators kann aus dem Wert des Rückkopplungswiderstands und der gewünschten Bandbreite bestimmt werden:
Es verwendet also die beabsichtigte Bandbreite, um das Maximum zu berechnen. Wert des Kondensators, aber was ist mit dem Mindestwert? Diese Berechnung sagt mir nicht, ob der berechnete Wert für die Stabilität ausreicht. Wie wird der minimale Rückkopplungskondensator für die Stabilität berechnet?
Lassen Sie uns diese (Stabilitäts-)Frage auf eine andere Weise angehen.
Die Fotodiode hat eine gewisse Kapazität. Diese C-Diode bildet in Verbindung mit dem Rückkopplungswiderstand eine Verzögerung und auch eine Phasenverschiebung und einen Pol.
1) Die Schaltung ist bereits invertierend, liefert also 180 Grad
2) die Cdiode + Rfeedback beträgt weitere 90 Grad (oberhalb einer bestimmten Frequenz)
3) Der Operationsverstärker liefert weitere 90 in der Nähe seiner Unity Gain BandWidth
4) Der Operationsverstärker hat an seinem UGBW weniger als 90 Grad Phasenspielraum, also eine zusätzliche 10 oder 20 oder 30 oder 40 oder 50 Grad Phasenverschiebung (Verzögerung), die Sie nicht wollen
5) Es gibt jedoch eine (nützliche, zu Ihren Gunsten) parasitäre Kapazität über dem Rfeedback, im Inneren des Widerstands und zwischen den Lötanschlüssen und zwischen den Lötpads auf der Leiterplatte
Wenn Sie diese quantifizieren können und Sie einen Phasenabstand für das akzeptable Überschwingen gewählt haben, können Sie den (zusätzlichen, pauschalierten) Cfeedbach zum Ausgleich berechnen.