Open-Loop-Verstärkung des Operationsverstärkers - LT6015

Ich habe kürzlich einen technischen Artikel von AllAboutCircuits von Robert Keim über die Stabilität von Operationsverstärkern gelesen, https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/negative-feedback-part-8-analyzing-transimpedance-amplifier-stability/

Ich simuliere die LTSpice-Schaltung, wie unten gezeigt, des Transimpedanzverstärkers mit dem LT6015-Operationsverstärker, wie im Artikel dargestellt.

Schaltkreis

Wenn ich jedoch die Simulation durchführe, kann ich nicht den gleichen Open-Loop-Frequenzgang erhalten, wie im Artikel angegeben.

Ich erhalte eine maximale Open-Loop-Verstärkung von ~ 145 dB, während er ~ 102 dB hat. Außerdem habe ich einen Matlab-Code erstellt, um die Open-Loop-Verstärkung mit der Annäherung des Operationsverstärkers als Tiefpassfilter erster Ordnung zu überprüfen. Aus dem Datenblatt des LT6015 ergibt sich eine Open-Loop-Verstärkung von 3.000.000 und damit eine Open-Loop-Bandbreite von 1,1 Hz (berechnet aus dem Gain-Bandbreiten-Produkt mit einem Wert von 3,2 MHz). Dies gibt jedoch eine Open-Loop-Verstärkung von ~ 129 dB aus.

Hier ist der Code meines Matlab-Programms:

    Ao = 3000*10^3 %Open-loop gain
    Wb = 1.1 %Open-loop bandwidth of op-amp

    w = .1:.1:100000;
    h = 20*log10(Ao*(abs(1./(1+(j*w)/(Wb)))))

    figure
    semilogx(w,h) %% Plot on log scale
    hold on
    xlabel('\omega(rad/s)')
    ylabel('|H(j\omega)|dB')
    legend('1','2')

Ich kann nicht sehen, was ich falsch mache, um die Diskrepanz zwischen diesen drei Plots zu erzeugen, wobei der Hauptfokus auf den ersten beiden liegt, der letzte dient als Kontrolle. Vielleicht ist letzteres falsch, weil der LT6015 nicht als Tiefpassfilter erster Ordnung modelliert werden kann?

Jede Hilfe wäre sehr willkommen!

Ich bezweifle, dass Sie die Open-Loop-Verstärkung ohne negative DC-Rückkopplung (oder ohne Offset-Korrektur) simulieren können. Mehr noch, warum verwenden Sie nur eine Einzelversorgung? Welchen Betriebspunkt erwarten Sie?
Ich stimme LvW in Bezug auf das DC-Feedback zu, die Vorgehensweise des Artikels funktioniert nur mit einem (irgendwie) idealen Modell des Operationsverstärkers, nicht mit einem realistischeren Modell (Transistorebene). Außerdem enthält der Artikel nicht genügend Details, um einen Anfänger dabei zu unterstützen, dies richtig zu tun. Sind Sie sicher, dass Sie dasselbe Modell wie im Artikel verwenden? In der Praxis spielt die Open-Loop-Verstärkung auch keine große Rolle, da wir Operationsverstärker hauptsächlich im Feedback-Modus verwenden.
@LvW - Aber sicherlich ist Open Loop Gain, wie im Namen, kein Closed Loop und daher die Rückkopplung enthalten? Die Idee ist, das Stromsignal in eine Spannung umzuwandeln, die positiv sein sollte und daher die negative Spannungsversorgung nicht erforderlich ist? FakeMoustache Beide sind die LT6015, die über den LTSpice-„Komponentenschlüssel“ erhältlich sind. Aber in der Stabilitätsanalyse ist es wichtig, da es Ihnen erlaubt, seine Steigung mit der Steigung von 1/B (Rückkopplungsterm) zu vergleichen und somit zu bestimmen, ob es stabil ist?
ConfusedCheese, dies ist ein häufiges Problem: Für Open-Loop-Messungen (oder Simulationen in der realen Welt) benötigen wir etwas DC-Feedback. Das bedeutet: Ein frequenzselektiver Rückkopplungspfad mit einer sehr niedrigen Grenzfrequenz (nur einige Hz). Siehe meine Antwort (und eine Schaltung) hier: electronic.stackexchange.com/questions/241729/…

Antworten (1)

ConfusedCheese, hier ist eine einfache Methode zur Simulation der Schleifenverstärkung für einen Operationsverstärker mit Rückkopplung. Dieses Simulationsschema liefert DC-Rückkopplung und einen stabilen Arbeitspunkt (nur bei doppelter und symmetrischer Spannungsversorgung!).

  • Das gestrichelte Kästchen enthält den Rückkopplungsfaktor, falls vorhanden!.

  • Ohne diese Box (direkte Verbindung zum inv. Eingang) simulieren Sie nur die Open-Loop-Verstärkung Aol des Operationsverstärkers.

  • Die Schleifenverstärkung ist einfach T(s)=V(node2)/V(node1) . Natürlich muss die Frequenz über den gewünschten Bereich gewobbelt werden (Wechselstromanalyse).

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich bin sehr verwirrt darüber, wo ich was aufbewahren und wo ich die Spannungsquelle anlegen soll, mehrere verschiedene Quellen sagen mir unterschiedliche Dinge. Oben heißt es, alles gleich zu lassen, aber eine Spannungsquelle zwischen dem Ausgangs- und Rückkopplungsnetzwerk einzufügen, aber ein Beitrag oben besagt, dass eine viel kompliziertere Methode implementiert werden soll.
Ich möchte die Open-Loop-Verstärkung und die Umkehrung des Rückkopplungsfaktors darstellen, damit ich die Stabilität des Transimpedanzverstärkers analysieren kann, indem ich den Unterschied in den Steigungen in ihrem Frequenzgang an ihrem Schnittpunkt betrachte.
Zur Simulation kann das in obiger Abbildung gezeigte Verfahren verwendet werden. Für reale Messungen ist dies NICHT möglich und es muss eine etwas kompliziertere Feedback-Anordnung verwendet werden. Für Stabilitätsanalysen ist es NICHT erforderlich, die Verstärkung des Operationsverstärkers und den Rückkopplungsfaktor separat darzustellen. Sie können von Anfang an die Schleifenverstärkung der gesamten Schleife (unter offenen Bedingungen) darstellen, da das Stabilitätskriterium nur für diese Verstärkung der offenen Schleife gilt.
@ConfusedCheese Die von LvW beschriebene Methode ist eine vereinfachte Version einer bekannten Methode zum Ermitteln der Schleifenverstärkung, die von Middlebrook entwickelt und in diesem Artikel beschrieben wurde . Die Vereinfachung funktioniert, wenn Sie die Spannungsquelle (V1 im obigen Schema) an einen niederohmigen Knoten anschließen, wie den Ausgang eines Operationsverstärkers. Im allgemeineren Fall erfordert das Verfahren zwei Injektionen, eine Spannungsinjektion und eine Strominjektion.
Ja, Massimo Ortolano, Sie haben Recht. Es ist eine spezielle Version der Middlebrook-Methode. In diesem Fall (niederohmiger Knoten am Ausgang des Operationsverstärkers) ist eine Stromeinspeisung nicht erforderlich. Aber noch einmal: Es funktioniert nur für die Simulation (wegen der schwebenden Spannungsquelle).
Open-Loop-Verstärkung des Operationsverstärkers - LT6015
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