PROM2PROM - кабинет для закупа электронных компонентов

Компенсационная обратная связь уменьшает искажения операционного усилителя

Texas Instruments LME49710 LMH6321

В новых операционных усилителях, оптимизированных для высококачественных аудио- и ультразвуковых приложений, чрезвычайно низкие общие гармонические искажения плюс шум (THD+N), достигающие –130 дБ, сочетаются с большими выходными напряжениями при тяжелых нагрузках 600 Ом. Можно было бы подумать, что эти усилители являются универсальными строительными блоками.

LED-драйверы MEAN WELL – выбор больше, стоимость ниже

В реальной жизни все немного сложнее. Например, входная емкость операционного усилителя нелинейно зависит от входного напряжения. Соответствующий входной ток создаст нелинейное падение напряжения на внутреннем импедансе источника сигнала [1]. Возьмем спектр искажений буфера с единичным усилением на основе микросхемы LME49710 (Рисунок 1, кривая а). Источником сигнала является генератор синусоидального сигнала с выходным напряжением 5 В с.к.з. и выходным сопротивлением 1 МОм.

Эти спектры выходного сигнала повторителя с единичным усилением на основе LME49710
Рисунок 1. Эти спектры выходного сигнала повторителя с единичным усилением на основе LME49710
иллюстрируют искажения при отсутствии обратной связи, входном сигнале 5 В с.к.з. и
выходном сопротивлении источника сигнала, равном 1 МОм (а), а также искажения в схеме
на Рисунке 2 при таком же входном сигнале (б) и остаточный шум генератора синусоидального
сигнала (в). Для удобства восприятия каждый последующий спектр смещен на +200 Гц и –10 дБ.
Более высокие уровни шума для кривых (а) и (б) обусловлены тепловым шумом
сопротивления источника 1 МОм.

Эти ошибки можно уменьшить различными методами, включая инвертирующий режим работы, смещение по постоянному току, уменьшение размаха сигнала, правильный выбор операционного усилителя и компенсацию входного импеданса [1]. Согласование полных импедансов со стороны инвертирующего и неинвертирующего входов операционного усилителя обеспечивает одинаковые искажения на обоих входах, в результате чего искажения компенсируются.

Однако для некоторых приложений обработки сигналов требуется входной интерфейс, поведение которого не зависит от импеданса источника. Примерами могут служить системы сбора данных, такие как осциллографы, дискретизаторы и другие устройства, которые могут быть подключены к источнику с высоким (более 50 кОм) или неизвестным выходным сопротивлением.

Другое традиционное решение для устранения ошибки, обусловленной импедансом источника, основано на уменьшении входной емкости с помощью компенсационной обратной связи к входам устройства [2], к подложке [3] и/или к шинам питания [4]. Обратная связь, основываясь на своем чувствительном узле, может уменьшить входную емкость, ускорить операционный усилитель и сместить доминирующий полюс в сторону более высоких частот, или же она может позволить работать с более высокими напряжениями.

За счет подключения к выходу дополнительного повторителя U2 двух RC-цепей обратной связи (R3-C9 и R4-C10) к шинам питания операционного усилителя U1, схема на Рисунке 2 обеспечивает высокий входной импеданс и незначительную погрешность, обусловленную импедансом источника. Спектр искажений этой схемы с сопротивлением источника 1 МОм (генератор сигналов, включенный последовательно с R1) и нагрузкой 50 Ом значительно улучшается (Рисунок 1, кривая б). Третья гармоника вносится генератором (Рисунок 1, кривая в). Компоненты C1, C2 и R9 обеспечивают устойчивость петли обратной связи.

Использование схемы, включающей составной буфер с единичным усилением и цепь компенсационной обратной связи к шинам питания значительно улучшает характеристики искажения устройства.
Рисунок 2. Использование схемы, включающей составной буфер с единичным усилением и цепь компенсационной
обратной связи к шинам питания значительно улучшает характеристики искажения устройства.

Кроме того, составной буфер на Рисунке 2 полностью устраняет ошибки, связанные с рассеиванием мощности на входе операционного усилителя [1]. Конденсаторы C9 и C10 можно заменить регулируемыми параллельными стабилизаторами, а резисторы R3 и R4 – источниками тока или повторителями. В этом случае схема будет иметь большое входное сопротивление и на постоянном токе.

На Рисунке 3 показано, как можно изменить схему, чтобы использовать усилитель с коэффициентом усиления больше единицы. Повторитель U2 обеспечивает достаточный ток, необходимый цепи обратной связи R3-R4-C9-C10. Входная емкость усилителя U2 и резистор R7 вносят фазовую задержку в петлю обратной связи.

При небольших изменениях схемы принцип компенсационной обратной связи применим и для усилителя с коэффициентом усиления больше единицы.
Рисунок 3. При небольших изменениях схемы принцип компенсационной обратной связи применим
и для усилителя с коэффициентом усиления больше единицы.

Ссылки

  1. W. Jung, “Op-Amp Audio,” Electronic Design, Sep.-Dec., 1998.
  2. FET Circuit Applications, National Semiconductor, Application Note 32, Feb. 1970.
  3. W. Jung, “Bootstrapped IC Substrate Lowers Distortion in JFET Op Amps,” Analog Devices, Application Note 232, July 1992.
  4. A.M. Sandman, “Reducing Amplifier Distortion,” Wireless World, Vol. 80, No. 1466, pp. 367-371, Oct. 1974.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments LME49710
  2. Datasheet Texas Instruments LMH6321
  3. Datasheet NXP BAV199

Electronic Design

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Supply Bootstrapping Reduces Distortion In Op-Amp Circuits

44 предложений от 25 поставщиков
Операционный усилитель; 55МГц; 2,5?17В; Каналы:1; DIP8
LME49710NA/NOPB
Texas Instruments
422 ₽
LME49710NA/NOPB
Texas Instruments
54 ₽
Триема
Россия
LME49710NA/NOPB
Texas Instruments
511 ₽
МосЧип
Россия
LME49710NA
Texas Instruments
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя