Estabilidade do loop de feedback do amplificador Chopper


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Eu tenho uma pergunta sobre a estabilidade de um circuito que planejo construir. Esta é uma fonte de corrente controlada por voltagem, com o IN-AMP sendo usado para detectar a corrente através de Rsns e fornecer feedback ao amplificador operacional. Estou tentando usar um amplificador de instrumentação programável e verifica-se que a maioria dos que atendem aos meus requisitos são amplificadores de helicóptero.

No entanto, pelo que entendi, isso significa que haverá algum atraso de quando a corrente através de Rsns muda para quando os capacitores no chopper carregam e descarregam e, em seguida, a saída do amplificador é alterada. Estou correto ao supor que esse atraso levará à oscilação? (Ainda não tenho as peças ou apenas as construo). Em geral, é uma má idéia introduzir elementos de atraso em um loop de feedback ou existe uma maneira de usá-los sem instabilidade? Obrigado!

O circuito

ATUALIZAÇÃO: Para aqueles que desejam uma atualização: eu construí este circuito com um amplificador operacional e amplificador de instrumentação , com o amplificador de instrumentação com ondas senoidais G = 100, Vin = 1Vpp a 60Hz, Rsns = 1R e ZL = 22R, e vejo meu sinal de 60Hz "modulado em amplitude", se desejar, a uma frequência de oscilação de 133kHz. Aqui está o traço do osciloscópio em ZL. rastreamento do osciloscópio


Se eu pudesse votar duas vezes, uma para uma pergunta interessante e outra para um esquema claro, eu o faria.
Neil_UK

@ Neil_UK eu vou ajudá-lo com isso.
Arsenal

Respostas:


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Sim, a estabilidade provavelmente será um problema, e a construção interna tem pouco a ver com isso. A maioria dos amplificadores de chopper modernos tem muita largura de banda de MHz e se comporta de maneira semelhante aos amplificadores operacionais normais ou amplificadores comuns, além de picos realmente desagradáveis ​​nas entradas e um pequeno ruído próximo à frequência de modulação.

No entanto, você está introduzindo um atraso e mais ganhos no loop de feedback e ambos tendem a resultar em menos margem de fase e, portanto, em potencial instabilidade. Mantendo o ganho do amplificador baixo e, talvez, introduzindo alguma compensação, você deve conseguir fazer esse conceito funcionar.


Geralmente, tenho a impressão de que você pode (geralmente) consertar isso apenas certificando-se de que o UGBW entre os dois amplificadores seja um fator de 5 um do outro . Você tem experiência com isso?
Andrew Spott

Se não estiverem, você pode diminuir a velocidade para que haja apenas um atraso dominante.
Spehro Pefhany

Portanto, se houver uma onda senoidal na entrada, estou correto ao assumir que a "importância" do atraso no loop de ganho em relação à oscilação depende dessa frequência? Ou o circuito irá oscilar independentemente de um sinal na entrada?
Jordânia

Na vida real, geralmente há ruído suficiente para fazer as coisas acontecerem. Se você está interessado em simulação (e deveria), alimente a entrada com uma onda quadrada e observe a deterioração do overshoot (se houver) para ver que tipo de amortecimento você está recebendo. Quanto mais perto você estiver da oscilação, mais tempo levará para o toque desaparecer, até que o toque fique maior a cada ciclo e você tenha um oscilador. Verifique sob condições de carga variadas, incluindo alguns parasitas também.
Spehro Pefhany

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OK, estou procurando uma desculpa para aprender a projetar modelos SPICE. Vou abordar isso e publicar os resultados quando terminar. Obrigado por toda sua ajuda.
Jordan

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Desde que você escolha o dispositivo certo, não haverá problemas.

O termo amplificador chopper não é bem definido e usado para várias topologias diferentes. No entanto, a folha de dados deve fornecer informações suficientes para ter uma idéia de qual topologia ou método foi usado para um dispositivo específico.

Para processamento contínuo de sinais de tempo, um amplificador chopper (estabilizado) geralmente consiste em dois amplificadores. O amplificador principal que está no caminho do sinal e um amplificador de anulação que existe para lidar com seu próprio deslocamento e o deslocamento do amplificador principal.

O princípio é mostrado abaixo: insira a descrição da imagem aqui

O circuito opera em duas fases, em uma fase o amplificador de nulidade mede seu próprio deslocamento e o armazena no capacitor A. Essa voltagem é retornada ao amplificador de nulidade e é usada pelo amplificador para corrigir seu próprio deslocamento. Numa segunda fase, o amplificador de anulação agora quase sem compensação mede a compensação do amplificador principal e novamente armazena uma tensão em um segundo capacitor B que corrige a compensação do amplificador principal.

A correção do deslocamento é feita usando um estágio de entrada modificado, com baixo ganho na entrada de compensação.

Idealmente, esse método funciona de forma transparente e é invisível do lado de fora. Na prática, a frequência de comutação pode ser vista na saída, mas a amplitude é geralmente muito baixa. Às vezes, métodos de espectro de dispersão são usados ​​para distribuir os componentes espectrais em uma faixa mais ampla.

Este é apenas um princípio, mas os outros métodos geralmente são semelhantes a este.


Eu estava olhando para o AD8557, se não me engano, a medida de desempenho mais relevante aqui é o tempo de acomodação, que é de 8 microssegundos.
Jordan

O tempo de acomodação dá uma indicação. Para garantir a estabilidade, uma simulação de circuito deve ser feita.
Mario
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