Utilizzo di un amplificatore operazionale come buffer

Lavorando su un progetto in cui stiamo usando un paio di amplificatori operazionali Quad OP470. Ci sono 2 amplificatori operazionali non utilizzati e ho bisogno di bufferizzare un segnale proveniente da un sensore (questo è secondo la scheda tecnica del sensore). Vorrei usare uno degli amplificatori operazionali extra. So che teoricamente puoi bufferizzare un segnale usando il feedback negativo dell'amplificatore operazionale come mostrato di seguito:

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Tuttavia, ricordo vagamente anche qualcosa sui pericoli di auto-oscillazione e stabilità dell'amplificatore operazionale. L'OP470 ha un guadagno unitario stabile. Ecco la scheda tecnica:

http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/OP470.pdf

La mia domanda è: è sicuro usare un amplificatore operazionale in questa configurazione come buffer senza preoccuparsi dell'auto-oscillazione? C'è qualcos'altro che devo prendere in considerazione?

operational-amplifier signal buffer

— Skaevola
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non accettare la risposta troppo rapidamente, lascia che anche gli altri condividano le loro risposte con te. Non dire che la risposta accettata è male. Ma potrebbero esserci soluzioni alternative più valide di così. Aspetta un po 'di tempo.

— Standard Sandun,

(1) Non dimenticare che ha bisogno di alimentatori (2) il segnale proveniente dal tuo sensore si adatta perfettamente ai binari di alimentazione del buffer (3) fino a che punto vuoi inviare l'output bufferizzato (4) a cosa lo stai inviando a (5) Deve esserci un offset dell'ingresso del segnale o una correzione del guadagno (6) quanto è lunga la connessione dell'alimentazione in ingresso (7) quale larghezza di banda è il segnale che si sta immettendo (8) dovrebbe essere filtrata per adattarsi a ciò che potrebbe essere a valle ?

— Andy aka

Risposte:

Se il foglio dati dice che è stabile il guadagno unitario, allora sì. Unity gain stabile significa precisamente che l'amplificatore operazionale sarà stabile quando viene usato come descritto.

Assicurati che il percorso di feedback sia breve. Se lo fai lungo, la sua induttanza aumenta e forse succederanno cose strane. Non è necessario essere estremamente paranoici su questo punto; semplicemente non andare a instradarlo di 10 pollici attorno al tabellone e dovresti stare bene.

— Phil Frost
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Di solito i pin di uscita e di ingresso negativo sono adiacenti, quindi mantenere breve questa connessione di feedback è facile. Questa è una delle cose da indirizzare prima come priorità assoluta. Inoltre, non dimenticare il cappuccio di bypass. Senza uno l'amplificatore può fare cose strane.

— Olin Lathrop,

"il cappuccio di bypass" è la prima menzione di un condensatore in questo post. Suppongo che intendi sull'alimentatore per l'amplificatore operazionale?

— NickHalden,

@NickHalden Un cappuccio di bypass è anche noto come condensatore di disaccoppiamento dell'alimentatore. Vedi Cos'è un condensatore di disaccoppiamento e come faccio a sapere se ne ho bisogno?

— Phil Frost,

@Phil Frost: dovrebbe esserci un filtro passa-basso sull'ingresso positivo dell'amplificatore operazionale?

— Dor,

@Dor solo se lo vuoi per qualche altro motivo. Non è richiesto per un funzionamento stabile.

— Phil Frost,

L'uso dell'OP470 per un amplificatore o buffer con guadagno unitario non è una cattiva scelta. Ciò che è importante sarà il margine di fase in cui il guadagno ad anello aperto attraversa 0 dB. È abbastanza comune per gli opamp avere 45 gradi di margine di fase alla loro frequenza di crossover ad anello aperto, il che comporterebbe un superamento di 1,3 volte Vin seguito da uno squillo. Questo non è il caso dell'OP470, se si osserva TPC (Caratteristiche tipiche delle prestazioni) 16 nel foglio dati (pagina 7), si noterà che il margine di fase al crossover è di 58 gradi. Ora, con una risposta al polso ottimale si vorrebbe un margine di fase di 60 gradi, quindi 58 gradi è piuttosto buono.

La risposta all'impulso di piccolo segnale dell'OP470 come buffer di guadagno unitario è mostrata nel TPC 27 del foglio dati. Lì vedrai che la risposta al polso non ha quasi nessun superamento e nessun suono.

Possibili preoccupazioni:

Caricamento in uscita. Non si mostra quale sia il carico per il buffer, ma i carichi capacitivi possono degradare il margine di fase e causare una scarsa risposta. L'impedenza di uscita dell'OP470 aumenta drasticamente quando si avvicina al crossover, quindi si prevede che carichi capacitivi superiori a 100 o 200 pF degradino il margine di fase. C'è una sezione del foglio dati (pagina 12) che indirizza il pilotaggio di carichi capacitivi fino a 1000pF.
Resistenza di retroazione dall'uscita all'ingresso negativo. Come dice Phil Frost, vorrai mantenere il percorso di feedback relativamente breve. Tuttavia, a volte per test o manutenzione sarà utilizzata una resistenza di feedback. Se lo fai, vorrai mettere il resistore vicino all'ingresso negativo e vorrai mantenere il valore inferiore a 500 Ohm e maggiore di 100 Ohm per la migliore risposta. La scheda tecnica tratta questo nella sezione relativa ai buffer di guadagno unitario (pagina 12).
OP470 è la tecnologia BJT, quindi nessuna operazione rail to rail. È necessario assicurarsi che le tensioni di ingresso non si avvicinino alle rotaie di polarizzazione di circa 4 volt e che si debba stare bene con la tensione di uscita non più vicina alle rotaie di circa 3 volt. Solo tu conosci il tuo sistema abbastanza bene per dire se questo è importante.

— gsills
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L'uscita di quell'amplificatore operazionale sta probabilmente guidando un carico capacitivo. Ho riscontrato un problema simile con un amplificatore operazionale ad alta velocità di risposta. La soluzione descritta nel foglio dati è quella di mettere un resistore di circa 47 ohm dopo il feedback negativo. Questa soluzione ha immediatamente risolto le mie oscillazioni.

La citazione:

L'LT1632 / LT1633 sono amplificatori a banda larga in grado di pilotare carichi capacitivi fino a 200 pF su alimentazioni a ± 15 V in una configurazione a guadagno unitario. Con un'alimentazione a 3 V, il carico capacitivo deve essere mantenuto a meno di 100 pF. Quando è necessario pilotare carichi capacitivi più grandi, è necessario collegare una resistenza da 20 Ω a 50 Ω tra l'uscita e il carico capacitivo. Il feedback deve comunque essere preso dall'uscita in modo tale che il resistore isola il carico capacitivo per garantire stabilità.

— doug65536
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