Compensación de fase PA92 OPAMP

¿Qué hace realmente esta función de "compensación de fase" en el PA92?

En resumen, permite que el amplificador operacional responda más rápido a frecuencias altas, en otras palabras, una ganancia alta a frecuencias más altas. Dado que su aplicación funciona principalmente en CC, establecería la compensación en 150pf, porque no necesita la ganancia adicional/ancho de banda a altas frecuencias.

¿Qué consejos prácticos puedes dar para deshacerte de estas oscilaciones? Estoy realmente desconcertado, nunca esperaría esto en un seguidor de voltaje tan simple...

Este no es un seguidor de voltaje simple porque tiene 20k en el circuito de retroalimentación y los diodos. Los diodos agregan una pequeña cantidad de capacitancia, también puede haber pequeñas cantidades de inductancia debido al cableado del circuito. El circuito de retroalimentación tiene un punto de resonancia de una de estas cosas, y está a 375 kHz.

Como soy demasiado perezoso para simular esto, las resistencias de 20k no son necesarias, porque las entradas opamp son de alta impedancia, y la única otra conexión son las resistencias de 150k, lo que le dará una corriente de derivación de 1 mA en el peor de los casos a través de los diodos si las resistencias de 20k no están ahí.

Si eso no funciona, intente cambiar el amplificador operacional de un seguidor de voltaje a una configuración de amplificador operacional inversor y, a través de la resistencia de retroalimentación, agregue un condensador para limitar el ancho de banda (cambiándolo así a un filtro de paso bajo) a menos de 300 kHz.

 
_{EDITAR (de @K.Mulier)
Eventualmente lo conseguí trabajando con R C = 100Ω y C C = 147pF. Para los otros PA92 OPAMP (que se usan en circuitos más complejos), necesitaba soldar R C = 100 Ω y C C = 447 pF a los pines de compensación. Para más detalles, ver la otra publicación.}

1. Respuesta de Apex Microtechnology

Envié la pregunta directamente a Apex Microtechnology y obtuve una respuesta del Sr. Eric J. Boere (ingeniero de aplicaciones de campo de Apex, responsable del soporte europeo). Con su permiso, comparto con ustedes su respuesta:

Revisé el enlace provisto en su correo electrónico y todas las respuestas allí son correctas, especialmente la de @sstobbe ; "El PA92 es diferente a los amplificadores operacionales Jellybean comúnmente utilizados, este amplificador no es estable en ganancia unitaria y requiere compensación cuando se emplea como un búfer de ganancia unitaria"

Si observa el gráfico de respuesta de la señal pequeña, verá que la inestabilidad se debe a que la ganancia de bucle abierto desciende a -60 dB por década (octava) cuando llega a 1 (0 dB)

Un amplificador operacional estable de ganancia unitaria habría mostrado una respuesta de frecuencia de señal pequeña con una pendiente hacia abajo de -20 dB/década hasta 0 dB y por debajo, después de lo cual podría haber otros grupos de polo/cero para doblar el gráfico a -40 dB/década. o incluso más allá de eso.

Para estabilizar el amplificador operacional, se puede utilizar la compensación de fase externa. Los componentes de compensación de fase R _C y C _C reducen la velocidad del opamp. Solo imagínese un capacitor que ralentiza la respuesta del transistor Q3 en la etapa intermedia del esquema equivalente de PA92:

Para deshacerse de las oscilaciones, use los componentes de compensación de fase recomendados por la hoja de datos:

Entonces, para su ganancia unitaria PA92, Cc debe ser 150pF y Rc 100Ω. Siga la recomendación de usar un CC clasificado para el voltaje de suministro completo, en su caso +100 – (-100) = 200 V (si consulta el esquema equivalente anterior, comprenderá por qué; este capacitor puede 'ver ' casi el voltaje de suministro completo ya que el voltaje diferencial entre la compuerta y el drenaje puede cambiar mucho mientras la salida se conduce de (¡casi!) riel a riel). Sería incluso mejor utilizar una pieza de mayor capacidad, por ejemplo, un condensador de 500 V. Por cierto: nadie le impediría usar 220pF + 100Ω para asegurarse de que la pieza no oscile.

Le recomiendo que lea nuestra Nota de aplicación n.° 01 , ya que puede ahorrarle mucho tiempo al utilizar nuestros amplificadores operacionales de potencia. Solo para mencionar algunas cosas a las que prestar atención:

• Omisión de la fuente de alimentación (¡no hacerlo puede causar que la pieza también oscile!)
• Protección de salida mediante diodos de recuperación inversa (ultra-)rápidos (si tiene cargas reactivas)
• Protección de entrada por medio de diodos (pequeña señal), en lugar de diodos Zener (porque estos últimos exhiben una mayor capacitancia)
• Disipación de calor (I _q = 14 mA, V _SS = 200 V, P _q = 2,8 W; ¡la pieza está disipando 2,8 W sin hacer nada!)
• Etc.

Por último, pero no menos importante, me gustaría llamar su atención sobre nuestra Power Design Tool, que se puede descargar de forma gratuita aquí: https://www.apexanalog.com/support/power_design_tool.html

¡Usar esta herramienta también puede ahorrarle mucho tiempo!

 
El Sr. Eric J. Boere me envió otro correo para responder a mi pregunta sobre la tabla en la hoja de datos:

 
¡Gracias Eric por ayudarme!

2. Solución práctica

2.1 PRUEBA 1: RC ₌ 100Ω y CC ₌ 147pF

He soldado R _C = 100Ω y C _C = 147pF en los pines de compensación del PA92. Esto corresponde a la primera línea de la tabla de la hoja de datos:

¡Las oscilaciones se han ido! Al menos en el OPAMP PA92 utilizado como mero seguidor de voltaje. Los otros dos PA92 OPAMP utilizados en el circuito giratorio más complicado (que simula una inductancia, conocido como el "circuito Antoniou") todavía están oscilando:

2.2 PRUEBA 2: RC ₌ 100Ω y CC ₌ 247pF

Soldé un condensador extra de 100pF, elevando C _C hasta 247pF. Todavía tengo oscilaciones en el circuito de Antoniou (alrededor de 10 V de pico a pico), aunque los componentes de CC de las señales se comportan como se esperaba:

2.3 PRUEBA 3: RC ₌ 100Ω y CC ₌ 347pF

Volví a soldar un capacitor adicional, elevando C _C a 347pF. Las oscilaciones en el circuito de Antoniou se debilitan a 5 V de pico a pico (en comparación con los 10 V de pico a pico anteriores).

2.4 PRUEBA 4: RC ₌ 100Ω y CC ₌ 447pF

Después de agregar una vez más 100pF (CC _ahora es 447pF), todas las oscilaciones en el circuito de Antoniou desaparecieron:

_{Nota: Las tres capturas de pantalla del osciloscopio que pegué aquí del circuito Antoniou no se pueden comparar indiscriminadamente entre sí. Todos tienen diferentes escalas y se miden bajo diferentes condiciones de entrada. Desafortunadamente, no hice capturas de pantalla de alcance consistentes en las 4 pruebas (C=147pF, C=247pF, C=347pF, C=447pF). Estas capturas de pantalla del alcance simplemente ilustran el hecho de que las oscilaciones se extinguen con una mayor capacitancia aplicada en el pin de compensación del PA92 OPAMP.}

2.5 Conclusiones de la prueba

Las conclusiones que saco de los resultados de estas pruebas son:

• El OPAMP PA92 utilizado como seguidor de voltaje simple funciona bien con R _C = 100 Ω y C _C = 147pF.

• Los OPAMP PA92 utilizados en el circuito Antoniou (girador para simular una inductancia) necesitan R _C = 100 Ω y C _C = 447 pF para eliminar las oscilaciones.