¿Por qué oscila mi amplificador operacional?

Estoy intentando construir el siguiente circuito usando un amplificador operacional LM6171 . Sé que este amplificador operacional es estable de ganancia unitaria. Anteriormente, este circuito funcionaba con un amplificador operacional LT1637 , pero tuve que cambiar las piezas para obtener un GBWP más alto.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Quiero poner una onda sinusoidal de baja amplitud (10 mV, pico a pico) en la entrada. La salida está conectada a una carga de baja impedancia (< 10 ohmios) a través de un relé, que normalmente está apagado (normalmente, circuito abierto).

Cuando enciendo la alimentación, la salida muestra una onda sinusoidal de ~ 20 V, 20 MHz (sin que yo aplique ningún voltaje a la entrada). ¿Por qué oscila este amplificador operacional? No estoy seguro de qué parte de la hoja de datos me daría una pista aquí; pensé que el problema principal era el margen de fase.

La carga reduce el margen de fase al agregar al menos un polo en la retroalimentación. A 20 MHz no se necesita mucha capacitancia en derivación o inductancia en serie para hacer eso, y ese es un amplificador operacional bastante 'caliente' (GBW de 100 MHz), por lo que estaría muy feliz de oscilar a 20 MHz.
@Spehro ¿Eso todavía causaría un problema sin carga? (Supongo que lo haría, la capacitancia parásita no toma días libres). Más importante aún, ¿cómo los bajo?
Consulte la respuesta a continuación; por supuesto, puede intentar reducir la capacitancia parásita como primera opción, pero eso no aparece en el esquema.
¿Oscila con la carga adjunta? ¿La carga de diez ohmios es principalmente resistiva? (¿Qué es?) ¿Tiene un cable largo (unos pocos pies) que va a la carga? (Eso podría agregar algo de capacitancia).
No deja de oscilar cuando conecto la carga, que eventualmente será una batería. Hay un cable corto por ahora, pero podría cambiarse a un cable largo más adelante.
¿Por qué está la conexión de retroalimentación al terminal - después de la resistencia? Si lo coloca antes de la resistencia, R1 formaría parte de un filtro RC con cualquier capacitancia de carga, lo que reduciría los problemas de fase experimentados por el opamp.
Estoy tratando de medir la corriente que ingresa a la carga. Estoy haciendo esto midiendo el voltaje a través de esta resistencia. El esquema es similar a este: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/Potenciostat3.png

Respuestas (3)

Pruebe algo más como esto: es posible que tenga que jugar con el valor del capacitor para optimizarlo si necesita una respuesta de frecuencia realmente alta.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

¿Puedo preguntar de dónde obtienes los valores de los componentes?
Es una conjetura muy aproximada que haría que se apagara ... como 8MHz con una carga de 10 ohmios.
También asegúrese de tener un buen desacoplamiento de los rieles de suministro. Tal vez tapas de cerámica de alta calidad de 0.1uF y .01uF en cada pin de suministro del IC con una buena conexión a tierra de baja inductancia.

En mi experiencia, lo que está viendo es el resultado de varias malas prácticas de su parte, es decir, está haciendo (o no haciendo) cosas de maneras que funcionaron bien la primera vez, pero ahora lo están mordiendo. extremo.

Primero, tenga en cuenta que ha dado un salto enorme en el rendimiento de su amplificador operacional. Aumentó el GBW de 1,1 MHz a 100 MHz y la velocidad de respuesta de 0,4 v/useg a 3600 v/usec. Este aumento en el rendimiento tiene un precio. Debe comenzar a prestar atención al diseño de nuevas formas. Primero, DEBE tener un plano de tierra. En segundo lugar, DEBE desacoplar correctamente sus fuentes de alimentación. Consulte la Figura 58 de la hoja de datos y lea el texto. Tercero, necesita un buen diseño de alta frecuencia, manteniendo las trazas lo más cortas posible, particularmente las trazas que se conectan a las entradas del amplificador operacional.

Si está construyendo esto en una placa de prueba sin soldadura, probablemente esté condenado.

Dicho esto, se sugiere otra posibilidad. Dices que encendiste la energía sin entrada. ¿Eso significa que la entrada estaba flotando? Eso es un importante no-no. Cortocircuite la entrada a tierra cuando no esté conectada a la fuente nominal.

Finalmente, ¿está SEGURO de que necesita un amplificador operacional tan rápido? No ha especificado la frecuencia de la onda sinusoidal de 10 mV para la que está diseñando, y si es inferior a unos 10 MHz, debería buscar un amplificador más lento.

Las personas que piden más ancho de banda del que necesitan se merecen lo que obtienen.

Este es exactamente el tipo de respuesta que esperaba. Responderé a los puntos por separado cuando tenga la oportunidad (es decir, cuando no esté en mi teléfono)
Vamos a ver. Tengo un plano de tierra. Tengo capacitores de desacoplamiento, aunque no son lo que recomienda la hoja de datos (0.1 uF! = 0.01 uF); esto podría ser un problema. Mis trazos de señal no son particularmente cortos o demasiado largos. La entrada está siendo impulsada por otro amplificador operacional, por lo que no está flotando. Tenga en cuenta que la salida tendrá una amplitud superior a 10 mV. La frecuencia máxima es de 100 kHz. No estoy totalmente satisfecho con la velocidad de respuesta (muy alta), pero pensé que era demasiado alta > demasiado baja... tal vez me equivoqué.

El LM6171 tiene 40 grados de margen de fase, lo que hará que suene a una carga escalonada, incluso en buenas condiciones. Cualquier carga o diseño de circuito que degrade el margen de fase, y rápidamente se convertirá en un oscilador. El diseño será realmente importante, tramos cortos y áreas de bucle pequeñas. Si el amplificador no está encima de la carga, es posible que deba incorporarlo a un cabezal de sonda para asegurarse de que esté cerca.

En este caso, el circuito tal como se dibuja y la conmutación de la carga presentarán al amplificador no solo un paso de carga sino también un paso de ganancia, desde ganancia unitaria hasta ganancia de > 10 (para una carga de 10 ohmios). De alguna manera, la resistencia de salida de 100 ohmios debe estar fuera del circuito del amplificador, o se debe agregar un circuito interno.

Puede que le estés pidiendo demasiado a este circuito. Es posible que se necesite un amplificador adicional para completar la detección y la retroalimentación del bucle.

+1 - esta es información útil. Buena idea en el cabezal de la sonda: no había pensado en acercar literalmente el amplificador. Parece que acabo de ser ingenuo (lo que generalmente funciona para circuitos lentos) y finalmente entré en el mundo analógico donde se requiere cierta experiencia y precaución.
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