¿Para qué sirven los condensadores y las resistencias adicionales en la realimentación del amplificador operacional inversor?

Question

Estoy tratando de entender completamente esta configuración de opamp pero no puedo. La señal entra por R19 y entiendo que es una configuración inversora y está atenuando la señal con una ganancia de G=1.2/7.5, pero no puedo entender realmente cuales son las funciones de ambos condensadores y la resistencia de 24ohm. Creo que el 24 ohmios es una resistencia limitador de corriente, pero ¿por qué poner en el bucle de realimentación? Y creo que el condensador de realimentación crea un filtro de paso bajo, ¿cuál sería la frecuencia de corte de este filtro? Porque en la literatura de este circuito esta escrito que tiene una frecuencia -3dB de aproximadamente 198kHz

Answer 1

Se trata de una topología de controlador ADC bastante estándar.

Los ADC modernos a menudo tienen arquitecturas de condensadores conmutados que necesitan un condensador bastante grande en la entrada para proporcionar los pulsos de corriente muy rápidos que las cosas dibujan mientras se realiza la conversión, 10nF es un poco más grande de lo que normalmente se ve, pero no órdenes de magnitud.

Ahora bien, los amplificadores operacionales no funcionan bien conduciendo directamente cargas capacitivas, ya que pueden causar muy fácilmente un problema de estabilidad, pero a menudo lo que realmente quieres es un buen control preciso de la tensión de entrada del ADC, así que ¿qué puede hacer uno?

Lo primero que hay que hacer es colocar una resistencia entre el amplificador y la tapa, unas pocas decenas de ohmios es típico, que aísla la carga capacitiva de la salida del amplificador, pero perjudica la precisión, ya que la retroalimentación se toma ahora desde el lado equivocado de esa resistencia (Pero al menos la cosa ya no toca la bocina) ... Si mueves la toma de realimentación al lado de la tapa de carga de la resistencia, entonces la impedancia de salida efectiva disminuye, pero ahora tienes el problema de estabilidad de nuevo. Sin embargo, el cambio de fase debido a la carga es dependiente de la frecuencia por lo que mediante la colocación de una tapa directamente alrededor del amplificador óptico a continuación, puede asegurarse de que tanto la ganancia se reduce con una esquina en aproximadamente 1k2 * 820pf, y que a alta frecuencia el ángulo de fase de retroalimentación está dominado por la tapa 820pF y no el desfase debido a la tapa 10n.

A baja frecuencia la ganancia como se ve en ADC3 es -1.2/7.5 con buena precisión dc, hay un punto de ruptura de -3dB en w = Rfb * Cfb, que sirve tanto para limitar el ancho de banda en el convertidor como para reducir el desfase perjudicial para la estabilidad de la tapa de 10nF a alta frecuencia.

Answer 2

Primero mira la respuesta de DC. Eso significa que el condensador no está ahí, y la resistencia de 24 Ω no importa ya que está dentro del bucle de realimentación. Eso significa que es sólo un amplificador inversor con una ganancia de (1,2 kΩ)/(7,5 kΩ) = 0,16. O se podría decir que atenúa en 6,25.

Por alguna razón, esta señal termina con la carga capacitiva de 10 nF sobre ella. Puede ser que alguien estaba tratando de suprimir algo de ruido, ralentizar los bordes un poco, necesitaba la capacitancia para algo aguas abajo, etc. La resistencia de 24 Ω proporciona la impedancia contra la que trabaja este condensador. Observe que la frecuencia de atenuación es de 660 kHz. Si eso está dentro del rango normal de la señal, no podemos decirlo.

Ahora tenemos un problema con el filtro R,C en el bucle de realimentación, ya que causará inestabilidad. Además, la ganancia es inferior a 1, por lo que el amplificador óptico probablemente no sea estable en este circuito, incluso sin el filtro R,C. La respuesta fue añadir el 820 pF como un compensación capacitancia. Tenga en cuenta que su rolloff con la resistencia de realimentación es de 160 kHz, por lo que entra mucho antes de que el polo del filtro R,C pueda causar problemas. Esto también apoya la idea de que el filtro R,C a 660 kHz no está realmente destinado a ser un paso bajo tanto como probablemente para filtrar algo de ruido, ralentizar los bordes un poco, proporcionar una menor impedancia a tierra a frecuencias más altas, o simplemente porque la capacitancia era necesaria en la línea.