Wie verbinde ich Operationsverstärker seriell in hohen Frequenzen?

Angenommen, ich habe ein 50-MHz-Signal mit einer Amplitude von 300 mV Spitze-Spitze und möchte es auf 8 V Spitze-Spitze verstärken. Zu diesem Zweck habe ich AD8055 ausgewählt . Dies ist ein 300-MHz-VFO, der für diesen Zweck geeignet ist. Ich habe die Widerstandswerte gemäß dem Datenblatt ausgewählt (Tabelle 3, Seite 16). Da die maximale Verstärkung mit dieser Konfiguration 10 beträgt, brauche ich zwei in Reihe geschaltete Operationsverstärker (Schema unten), in der Hoffnung, dass das erste Gerät eine 10-fache Verstärkung und das zweite eine 2,2-fache Verstärkung erzeugt.

Der erste erzeugt 3 Volt, die in Ordnung sind. aber der Gewinn des zweiten geht nie höher als 1 (die Summe geht nie höher als x10).

Dieses Problem tritt nur bei hohen Frequenzen auf (bei niedrigeren Frequenzen wie 1 MHz kann es einen 9-V-Pk-Pk-Ausgang erzeugen). Die Versorgungsspannung beträgt +/-5V. Der erste Ausgang ist 3 V pk-pk, was weit unter dem maximalen Eingang (+/-2,5 V) für den zweiten liegt.

Ich habe versucht, verschiedene Widerstände (ein Pot) zwischen 100 Ohm und 1 k zu verwenden, aber die Verstärkung des zweiten Operationsverstärkers geht nie höher als 1. Ich habe auch versucht, die Eingangsspannung zu dämpfen (sie auf 100 mV reduziert). In diesem Fall wird der erste Ausgang 1 V (Verstärkung = 10) und der zweite Ausgang kann Eins überschreiten (er erreicht Verstärkung = 3), aber schließlich beträgt die Gesamtausgabe noch 3 V Spitze-Spitze.

Gibt es eine Überlegung, die ich vermisse?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die erste Stufe hat eine Verstärkung von 10. Der Operationsverstärker hat nur ein Verstärkungsbandbreitenprodukt von 300 MHz, sodass Sie niemals eine Bandbreite von 50 MHz erhalten (es muss auch ein gewisser Spielraum übrig bleiben). Vergleichen Sie auch die Frequenzgänge für Gain 10 auf Seite 1 im Datenblatt.

Antworten (4)

Probieren Sie zwei CFOs mit jeweils einem Gewinn von √(8/0,3) = 5,16 aus.

Wie Sie wissen, haben VFOs ein Produkt aus Verstärkung und Bandbreite, was bedeutet, dass die Bandbreite mit zunehmender Verstärkung abnimmt. Wenn Sie zwei VFOs in Kaskade schalten, wie Sie es in Ihrer Schaltung getan haben, wird die Bandbreite des gesamten Systems durch die niedrigste Bandbreite jedes VFOs begrenzt. Daher sollten beide VFOs eine möglichst kleine Verstärkung haben. Dies wird erreicht, wenn die Verstärkung jedes VFOs die Quadratwurzel der Gesamtverstärkung des Systems ist, in diesem Fall √(8Vpp/0,3Vpp) = 5,16. CFOs sind sehr viel weniger anfällig für Bandbreitenänderungen als Funktion der Verstärkung, aber da die Frequenz so hoch ist, kann es eine Überlegung wert sein.

[Original] Vielleicht möchten Sie einen Ansatz mit Stromrückkopplungsverstärkern verwenden. Sie können um Größenordnungen schneller sein als Spannungsrückkopplungsverstärker und ihre Verstärkung wird viel weniger von der Frequenz beeinflusst.

+1 für guten Vorschlag!. Nach Ihrem Vorschlag habe ich es mit AD811 ( einem CFO ) versucht . Es wurde besser und ich konnte 6 Vpp erreichen, aber das gleiche Szenario passiert bei dieser Spannung! Ich glaube, ich bekomme es nie zum Laufen!
Probieren Sie zwei CFOs jeweils mit einem Gewinn von √(8/0,3) = 5,16 aus. Wenn dies nicht funktioniert, sollten Sie vielleicht einen HF-Leistungstransistor zur Verstärkung verwenden, z. B. Motorola MRF492.
Könntest du bitte die Formel erklären? √(8/.3)
Wie Sie wissen, haben VFOs ein Produkt aus Verstärkung und Bandbreite, was bedeutet, dass die Bandbreite mit zunehmender Verstärkung abnimmt. Wenn Sie zwei VFOs in Kaskade schalten, wie Sie es in Ihrer Schaltung getan haben, wird die Bandbreite des gesamten Systems durch die niedrigste Bandbreite jedes VFOs begrenzt. Daher sollten beide VFOs eine möglichst kleine Verstärkung haben. Dies wird erreicht, wenn die Verstärkung jedes VFOs die Quadratwurzel der Gesamtverstärkung des Systems ist. CFOs sind sehr viel weniger anfällig für Bandbreitenänderungen als Funktion der Verstärkung, aber da die Frequenz so hoch ist, kann es eine Überlegung wert sein.
Wow! Ich habe 2 CFO (AD811) mit einer Verstärkung von 5 ausprobiert (ich musste den RG von 50 Ohm auf 100 Ohm ändern, die Reduzierung von RF hat nicht funktioniert). Jetzt kann ich sogar 20 Vpp erreichen! bei 50 MHz! (Habe das nie geglaubt!) Da diese Antwort für andere erhalten bleibt, die sie später sehen können, fügen Sie bitte den letzten Kommentar zu Ihrer Antwort hinzu und erklären Sie diese Formel, um eine gute Schlussfolgerung zu ziehen, und lassen Sie es mich wissen. Ich werde es als richtige Antwort markieren.
Ich bin froh, dass du es zum Laufen gebracht hast. Seien Sie jedoch vorsichtig, da kaskadierende VFOs leicht zu Instabilität führen können und Sie möglicherweise nach einer Kompensation suchen müssen.
Ja, es funktioniert gut auf 50 MHz, wird aber unter 20 MHz instabil (da die Eingangsamplitude größer ist). Ich versuche, damit umzugehen.

Wenn Sie in das Datenblatt (Seite 4, Ausgangseigenschaften ... auch Abbildung 30 auf Seite 11) schauen, werden Sie sehen, dass der AD8055 nicht für mehr als +/-3V Ausgang mit +/-5V Versorgung spezifiziert ist. Die Ausgabe liegt also außerhalb des Dynamikbereichs.

Ich vermute, dass Sie bei solch großen Ausgangsschwankungen auf Einschränkungen der Ausgangsanstiegsrate stoßen, die bei 750 V / µs oder 0,75 V / ns für diesen Chip mit einer Verstärkung von 2 und einem Ausgangsschritt von 4 V angegeben sind.

Ich möchte ferner anmerken, dass das 300-MHz-Verstärkungsbandbreitenprodukt bedeutet, dass Sie (im besten Fall) nur eine Verstärkung von 6 von jeder Stufe bei 50 MHz erhalten, und dies würde voraussetzen, dass keine negative Rückkopplung vorliegt. Beachten Sie, dass diese Bandbreitenwerte -3-dB-Punkte darstellen, sodass die tatsächliche Verstärkung bei der Eckfrequenz 0,707 × des „nominalen“ Werts beträgt.

Beachten Sie jedoch abschließend, dass der Ausgangshub für den Chip garantiert nur ±2,9 V beträgt, mit einem typischen Wert von ±3,1 V.

Ich habe die erste Verstärkung = 5x und die zweite Verstärkung auf 3x geändert (erwartet insgesamt = x15). Jetzt sollte ich einen Ausgang sehen, der zwischen -2,25 und +2,25 schwingt (5 x 3 x 300 mV = 4,5 pk-pk = -2,25 bis +2,25). Aber das Ergebnis ist das gleiche wie zuvor (-1,5 bis +1,5). Dasselbe auch bei 4x,4x und 5x,2x.
Dies ist genau das Ergebnis, das ich mit BJT erhalte (2N2219, BC108, BC109, BC114!) Es scheint, dass es auf der Welt kein 50MHz 6vpp gibt!!
Oh, ich habe es mit Ihrer Anleitung gefunden. Ich hatte nicht bemerkt, dass 300 MHz ein "-3dB" Bandbreitenprodukt ist. Ich hätte in meine Berechnungen 0,707 eingeben sollen: 5 x 3 x 300 mV x 0,707 = 3,185 und genau das sehe ich auf meinem Oszilloskop. Wenn diese Annahme richtig ist, fügen Sie sie bitte Ihrer Antwort hinzu, bis sie die perfekte Antwort wird, und ich werde sie als richtig markieren. Danke noch einmal.

  1. Sie benötigen einen Rail-to-Rail-Operationsverstärker für 8 Vp-p mit 5 V Versorgungsspannung. Die normalen Endstufen fressen bei hohen Verzerrungen mindestens 1,5V.

  2. Diese 300MHz sind für K=1; Für K = 10 erhalten Sie eine maximale Frequenz von 30 MHz.

  3. 2 Stufen bei 30 MHz ergeben weniger als 30 MHz bei -3 dB Pegel.

Sie benötigen also 2 Stufen mit niedrigerer Verstärkung (aber höherem BW) - beispielsweise 5. Und Operationsverstärker mit Ft mindestens 500 MHz und mindestens 1000 V / us

So etwas wie LT6200-5? (Nach einiger Überprüfung - NEIN, es hat nur 200 V / us und ist für 8 V pp sehr langsam.)

Übrigens gibt es sogenannte Videoverstärker mit fester/programmierbarer Verstärkung. Sie sind nicht gerade Operationsverstärker, aber viel schneller.

Danke! Ich stimme den Nummern 2,3 zu, aber warum kann ich mit +/-5 V (= 10 V) nicht auf 8 Vpp verstärken?
@Aug Weil 8Vp-p einen Ausgang von -8 V bis + 8 V bedeutet und dies mehr als + -5 V ist.
Aber ich denke, Vpp ist die "Differenz" zwischen Max und Min. 8vpp bedeutet von -4 bis +4: en.wikipedia.org/wiki/Amplitude und whatis.techtarget.com/definition/peak-to-peak-pk-pk Das ist genau das, was mein digitales Oszilloskop berechnet
@Aug - Oh, mein Fehler. Ich brauche etwas Schlaf. :) Wie auch immer, + -4 V ist auch zu groß für + -5 V, aber mit Rail-to-Rail-Operationsverstärker möglich.
Ja, ich sollte mich für 6Vpp entscheiden, aber bitte beachten Sie meinen Kommentar unter Dave Tweeds Antwort. Neues Design funktioniert noch nicht!
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