Перейти к содержанию

Резистор развязки ёмкостной нагрузки

ОУ, который спокойно работает на столе, начинает звенеть, когда к выходу подключают кабель. Самое частое лекарство — резистор в десятки ом последовательно с выходом. Но работает он, только если правильно подключить обратную связь.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Резистор развязки (isolation resistor, Rиз) — резистор в десятки ом последовательно с выходом ОУ, который отделяет ёмкость нагрузки — кабеля, длинной дорожки, входа АЦП — от петли обратной связи. Без него ёмкость нагрузки вместе с выходным сопротивлением ОУ, от 50 до 200 Ом без обратной связи (TI SLOD006B, разд. 11.3.8), образует в петле ещё один полюс. С ростом ёмкости он уходит вниз по частоте, добавляет сдвиг фазы на частоте среза петли и съедает запас по фазе: ОУ звенит или генерирует (TI SLOA020A, разд. 3 и 5).

Сколько ёмкости набирается

TI приводит ориентиры (SLOA013A, разд. 1): дорожка над полигоном — 1–3 пФ на дюйм, кабель с малой ёмкостью — 20–30 пФ на фут, то есть 66–98 пФ на метр (наш пересчёт), каждый вывод ОУ — 15–20 пФ. Метр кабеля легко добавляет сотню пикофарад, и повторитель с самым большим петлевым усилением реагирует на неё первым.

Два способа подключения

Обратная связь с вывода ОУ (SLOA013A, рис. 18). Резистор Ri стоит между выходом и нагрузкой, резистор R2 обратной связи подключён к выводу ОУ, до Ri. Тогда в петле появляются ноль и полюс на одной частоте, и сдвиг фазы от ёмкости заметен лишь около неё; наибольший сдвиг задаёт соотношение Ri и выходного сопротивления ОУ. Цена — часть сигнала падает на Ri, и на нагрузке напряжение меньше расчётного. Способ годится, если нагрузка известна и постоянна.

Обратная связь с нагрузки и конденсатор Cc (рис. 23). R2 подключают после Ri, со стороны нагрузки, а с вывода ОУ на инвертирующий вход ставят конденсатор Cc. На низких частотах петля замыкается через R2 и держит точность на нагрузке, на высоких — через Cc с вывода ОУ, где ёмкость развязана резистором. TI выбирает Cc = Co·(Ro + Ri)/(R1∥R2), при этом Cc много меньше ёмкости нагрузки Co. Способ годится для неизвестной или меняющейся нагрузки.

Типичные значения

Отправная точка TI — резистор 20–100 Ом и конденсатор обратной связи 20–100 пФ; точные значения считают для своей схемы (SLOA013A, аннотация). Частный случай — видеобуфер: 75 Ом последовательно в линию согласуют выход с кабелем 75 Ом, на дальнем конце стоит ещё 75 Ом, и ОУ включён с усилением 2, чтобы скомпенсировать деление (SLOA013A, рис. 22). Здесь резистор развязки совпадает с последовательным согласованием линии.

Проверяют результат малым прямоугольным сигналом с реальной нагрузкой: звон должен исчезнуть. Другие способы коррекции — в статье «Устойчивость и частотная коррекция».

Частые вопросы

Какой резистор поставить на выход ОУ, чтобы он не возбуждался на кабель?

TI приводит типичную отправную точку — 20–100 Ом последовательно с выходом. Точное значение зависит от ОУ и ёмкости нагрузки: у многих ОУ в даташите есть график рекомендованного резистора или запаса по фазе от ёмкости нагрузки. Проверяют малым прямоугольным сигналом: звон должен исчезнуть с реальным кабелем.

Обратную связь брать до резистора или после?

В простом варианте — до, с вывода ОУ: тогда ёмкость нагрузки отделена от петли резистором. Но точность на нагрузке теряется, часть сигнала падает на резисторе. Если нужна точность на нагрузке, обратную связь по постоянному току берут после резистора, а с вывода ОУ на инвертирующий вход ставят конденсатор Cc — так TI рекомендует делать при неизвестной нагрузке.

Зачем в видеоусилителе резистор 75 Ом на выходе и усиление 2?

Это одновременно согласование линии и развязка ёмкости кабеля. Резистор 75 Ом согласует выход с кабелем 75 Ом, на дальнем конце стоит ещё 75 Ом, и сигнал делится пополам — поэтому ОУ включают с усилением 2. Ёмкость кабеля при этом отделена от петли тем же резистором.

Источники

  1. Texas Instruments. Karki J. Effect of Parasitic Capacitance in Op Amp Circuits (SLOA013A, September 2000) — аннотация: типичные рекомендации — конденсатор 20–100 пФ между выходом и инвертирующим входом и резистор 20–100 Ом для развязки ёмкостной нагрузки; разд. 1: дорожка над полигоном 1–3 пФ на дюйм, кабель с малой ёмкостью 20–30 пФ на фут, на выводе ОУ 15–20 пФ; разд. 6.3, рис. 18: резистор Ri между выходом и нагрузкой Co, обратная связь с вывода ОУ — в петле появляются ноль и полюс на одной частоте, соотношение Ri:Ro задаёт наибольший сдвиг фазы; рис. 22: видеобуфер — 75 Ом последовательно в линию, 75 Ом на дальнем конце, усиление 2; рис. 23: Ri плюс Cc для неизвестной нагрузки, R2 с нагрузки, Cc = Co(Ro + Ri)/(R1∥R2), Cc ≪ Co
  2. Texas Instruments. Mancini R. Stability Analysis of Voltage-Feedback Op Amps Including Compensation Techniques (SLOA020A, March 2001) — разд. 3 и 5: ёмкость нагрузки вместе с выходным сопротивлением ОУ даёт полюс, который с ростом ёмкости уходит вниз по частоте; кабели — ёмкостная нагрузка; внутренне скорректированные ОУ сильно звенят на кабель
  3. Texas Instruments. Op Amps For Everyone, Design Reference (SLOD006B), chapter 11 — разд. 11.3.8: выходное сопротивление ОУ без обратной связи — от 50 до 200 Ом; ёмкостная нагрузка съедает запас по фазе, особенно у КМОП ОУ с выходом rail-to-rail

Нашли ошибку?

Смотрите также