Nicht invertierende Operationsverstärkerkonfiguration mit Kondensator

Oft höre ich, dass es für die Stabilität nützlich ist, aber ich verstehe nicht, warum und wie man seinen Wert berechnet.

Bedenken Sie, dass der nicht invertierende Pin eine parasitäre Kapazität von vielleicht 4 pF haben könnte. Das ist der Stift selbst, die Widerstandsparasiten und alle Kupferkapazitäten, die alle in einen Topf geworfen werden.

Diese 4 pF liegen parallel zum 10-kOhm-Widerstand und ihre Anwesenheit beginnt, die Schaltungsverstärkung bei etwa 3,98 MHz zu erhöhen. Wenn Sie einen langsamen Operationsverstärker haben, von dem nicht erwartet wird, dass er in der Nähe dieser Frequenz läuft, machen Sie sich darüber keine Sorgen. Sie müssen auch nicht in Betracht ziehen, einen Rückkopplungskondensator hinzuzufügen, aber wenn Sie einen schnellen Operationsverstärker haben und eine anständige flache Leistung über mehrere MHz hinaus erwarten, ist es an der Zeit, sich Gedanken über die Berechnung des Kondensators parallel zu Ihren 91 kOhm zu machen.

Ihre kapazitive Reaktanz muss im Gleichgewicht mit dem Widerstand sein, über dem sie liegt, daher würden Sie für 91 kOhm (und unter der Annahme von 4 pF am Eingang über die 10 kOhm) einen Kondensator mit dem Wert 4 pF x 10/91 = 0,439 pF in Betracht ziehen.

Alternativ können Sie die Widerstandswerte um 10 verringern und das Problem von den niedrigen MHz auf die zehn MHz verschieben, an welchem ​​​​Punkt Ihrem Operationsverstärker möglicherweise die Puste ausgegangen ist. Wenn ihm noch nicht die Puste ausgegangen ist, können Sie einen geeigneten Rückkopplungskondensator auswählen.

Nur um Andys Antwort ein wenig hinzuzufügen (ein mathematischer Ansatz). Um zu verstehen, warum, müssen Sie mit dem Frequenzgang vertraut sein. Ein Operationsverstärker hat eine Eingangs- und Streukapazität an den Eingängen, wodurch die Bandbreite des geschlossenen Regelkreises verringert wird, wie in der Antwort angegeben.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Ohne in die Mathematik einzusteigen, können Sie die Schleifenverstärkung finden (die Sie verwenden würden, um Verstärkung und Phasenreserve für Stabilitätszwecke zu finden), und es stellt sich heraus:

Nun, die Open-Loop-Verstärkung des Operationsverstärkers,$A_{ol}$ist frequenzabhängig und wir könnten es als 2-Pol-System modellieren:

Daraus wissen Sie, dass wenn der Pol aufgrund der Eingangskapazität ($\omega_p$) liegt in der Nähe der$\omega_2$Pol, fügen Sie eine zusätzliche 90-Grad-Phasenverschiebung hinzu und das bringt Sie näher an die Instabilität. Im Idealfall wo$C_p\to 0$, dieser Pol ist weit entfernt vom zweiten Pol der Open-Loop-Operationsverstärkerverstärkung, aber wenn Sie die Werte der Widerstände erhöhen, kann sich der Pol an eine schlechte Stelle bewegen. Aus mathematischer Sicht müssen Sie daher möglicherweise die Widerstandswerte verringern, um dies zu vermeiden.

Um dies zu kompensieren, können Sie einen Kondensator parallel zum Rückkopplungswiderstand (wie Sie ihn haben) schalten und dann wählen$R_1C_p=R_FC_F$und das hebt (idealerweise) den Effekt des Pols auf, der durch die parasitäre Kapazität verursacht wird. Sie könnten die Mathematik durchgehen und dies ableiten, ich wollte nur nicht viel mehr auf das eingehen, was bereits eine gute Antwort von Andy hat.