Stabilität der Rückkopplungsschleife des Chopper-Verstärkers

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Ich habe eine Frage zur Stabilität eines Stromkreises, den ich bauen möchte. Dies ist eine spannungsgesteuerte Stromquelle, wobei der IN-AMP verwendet wird, um den Strom durch Rsns zu erfassen und dem Operationsverstärker eine Rückmeldung zu geben. Ich versuche, einen programmierbaren Instrumentenverstärker zu verwenden, und es stellt sich heraus, dass die meisten, die meinen Anforderungen entsprechen, Chopper-Verstärker sind.

So wie ich es verstehe, bedeutet dies jedoch, dass es eine gewisse Verzögerung geben wird, wenn sich der Strom durch Rsns ändert, bis sich die Kondensatoren im Chopper laden und entladen, und dann der Ausgang des Eingangsverstärkers geändert wird. Stimmt es, dass diese Verzögerung zu Schwingungen führt? (Ich habe die Teile noch nicht oder ich würde sie einfach aufbauen). Ist es im Allgemeinen eine schlechte Idee, Verzögerungselemente in eine Rückkopplungsschleife einzuführen, oder gibt es eine Möglichkeit, sie ohne Instabilität zu verwenden? Vielen Dank!

Schaltkreis

UPDATE: Für diejenigen, die ein Update wünschen: Ich habe diese Schaltung mit einem Vanille-Operationsverstärker und einem Instrumentenverstärker gebaut , wobei der Instrumentenverstärker eine Sinuswelle von G = 100, Vin = 1 Vpp bei 60 Hz, Rsns = 1R und ZL = 22R hat. und ich sehe mein 60-Hz-Signal, wenn Sie so wollen, "amplitudenmoduliert" bei einer Schwingungsfrequenz von 133 kHz. Hier ist die Oszilloskopspur über ZL. Oszilloskopspur

Jordan
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Wenn ich zweimal abstimmen könnte, eine für interessante Fragen, eine für klare Schaltpläne, würde ich.
Neil_UK
@Neil_UK Ich werde dir dabei helfen.
Arsenal

Antworten:

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Ja, Stabilität wird wahrscheinlich ein Problem sein, und die interne Konstruktion hat wenig damit zu tun. Die meisten (modernen) Chopper-Verstärker haben eine Bandbreite von vielen MHz und verhalten sich ähnlich wie normale Operationsverstärker oder In-Amps, abgesehen von wirklich unangenehmen Spitzen an den Eingängen und etwas Rauschen in der Nähe der Modulationsfrequenz.

Sie führen jedoch eine Verzögerung und mehr Verstärkung in die Rückkopplungsschleife ein, und beide führen tendenziell zu einer geringeren Phasenspanne und damit zu einer möglichen Instabilität. Wenn Sie die Verstärkung des Verstärkers niedrig halten und möglicherweise eine Kompensation einführen, sollten Sie in der Lage sein, dieses Konzept zum Laufen zu bringen.

Spehro Pefhany
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Im Allgemeinen habe ich den Eindruck, dass Sie dies (normalerweise) beheben können, indem Sie nur sicherstellen, dass der UGBW zwischen den beiden Verstärkern einen Faktor von 5 voneinander aufweist . Hast du Erfahrung damit?
Andrew Spott
Wenn dies nicht der Fall ist, können Sie eine verlangsamen, sodass es nur eine dominante Verzögerung gibt.
Spehro Pefhany
Wenn also am Eingang eine Sinuswelle liegt, kann ich dann richtig annehmen, dass die "Wichtigkeit" der Verzögerung in der Verstärkungsschleife in Bezug auf die Schwingung von dieser Frequenz abhängt? Oder schwingt die Schaltung unabhängig von einem Signal am Eingang?
Jordanien
Im wirklichen Leben gibt es normalerweise genug Lärm, um die Dinge in Gang zu bringen. Wenn Sie an Simulation interessiert sind (und das sollten Sie auch sein), speisen Sie den Eingang mit einer Rechteckwelle und sehen Sie sich den Abfall des Überschwingens (falls vorhanden) an, um festzustellen, welche Art von Dämpfung Sie erhalten. Je näher Sie der Schwingung sind, desto länger dauert es, bis das Klingeln nachlässt, bis das Klingeln mit jedem Zyklus größer wird und Sie einen Oszillator haben. Überprüfen Sie unter verschiedenen Lastbedingungen, einschließlich einiger Parasiten.
Spehro Pefhany
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OK, ich habe nach einer Ausrede gesucht, um zu lernen, wie man SPICE-Modelle entwirft. Ich werde darauf eingehen und die Ergebnisse veröffentlichen, wenn ich fertig bin. Danke für all deine Hilfe.
Jordanien
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Solange Sie das richtige Gerät auswählen, sollte es kein Problem geben.

Der Begriff Chopper-Verstärker ist nicht genau definiert und wird für eine Reihe verschiedener Topologien verwendet. Das Datenblatt sollte jedoch genügend Informationen enthalten, um eine Vorstellung davon zu bekommen, welche Topologie oder Methode für ein bestimmtes Gerät verwendet wurde.

Für die kontinuierliche Zeitsignalverarbeitung besteht ein Chopper-Verstärker (stabilisiert) normalerweise aus zwei Verstärkern. Der Hauptverstärker, der sich im Signalpfad befindet, und ein Nullverstärker, der dazu da ist, seinen eigenen Versatz und den Versatz des Hauptverstärkers zu behandeln.

Das Prinzip ist unten dargestellt: Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Schaltung arbeitet in zwei Phasen, in einer Phase misst der Nullstellenverstärker seinen eigenen Versatz und speichert ihn im Kondensator A. Diese Spannung wird zum Nullstellenverstärker zurückgeführt und vom Verstärker verwendet, um seinen eigenen Versatz zu korrigieren. In einer zweiten Phase misst der nun fast versetzte freie Nullungsverstärker den Versatz des Hauptverstärkers und speichert erneut eine Spannung in einem zweiten Kondensator B, der den Versatz des Hauptverstärkers korrigiert.

Die Offsetkorrektur erfolgt mit einer modifizierten Eingangsstufe, die am Kompensationseingang eine geringe Verstärkung aufweist.

Idealerweise arbeitet diese Methode transparent und ist von außen nicht sichtbar. In der Praxis ist die Schaltfrequenz am Ausgang zu sehen, aber die Amplitude ist normalerweise sehr niedrig. Manchmal werden Spreizspektrum-Methoden verwendet, um die Spektralkomponenten über einen größeren Bereich zu verteilen.

Dies ist nur ein Prinzip, aber die anderen Methoden ähneln oft diesem.

Mario
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Ich habe mir den AD8557 angesehen. Wenn ich mich nicht irre, ist das wichtigste Leistungsmaß hier die Einschwingzeit, die 8 Mikrosekunden beträgt.
Jordanien
Die Einschwingzeit gibt einen Hinweis. Um die Stabilität zu gewährleisten, sollte eine Schaltungssimulation durchgeführt werden.
Mario