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05 2020 Elektronik 31 Analogtechnik Tom Kugelstadt ist Principal Application Engineer bei Renesas Electronics America und definiert neue analoge ICs für industrielle Systeme Er ist Diplomingenieur und hat an der Fachhochschule Frankfurt am Main Elektrotechnik studiert Kugelstadt verfügt über mehr als 35 Jahre Erfahrung in der Entwicklung analoger Schaltungen tom kugelstadt jg@gr renesas com wogegen große CPA-Werte eine große Resonanzüberhöhung mit längerem Überschwingen in der Impulsantwort verursachen können Die Diagramme in den Bildern 7 und 8 zeigen die Auswirkungen einer geringen Ausgangskapazität von 20 pF Die daraus resultierende Verstärkungsspitze beträgt weniger als 1 dB und die Ausgangskapazität verursacht nur ein geringes Überschwingen von weniger als 30 mV Wenn überhaupt eine Kompensation von CPA erforderlich ist reicht eine geringfügige Anhebung der Widerstandswerte für RRK und RV aus Im Gegensatz dazu ist bei großen Ausgangskapazitäten jedoch eine Kompensation erforderlich Ohne Kompensation zeigen die Diagramme in Bild 9 und Bild 10 bei einer Ausgangskapazität CPA von 500 pF magentafarbene Kurve eine Resonanzüberhöhung von 15 dB in der Übertragungsfunktion begleitet von einem längeren Überschwingen in der Impulsantwort Die Anhebung der Widerstandswerte von RRK und RV führt nur zu einer geringen Verbesserung blaue Kurve in Bild 9 und Bild 10 Erst durch das Einfügen eines Vorwiderstandes RS in den Ausgang wird der Verstärkerausgang von der kapazitiven Last wirkungsvoll entkoppelt siehe Schaltung in Bild 1 In dieser Simulation genügte bereits ein kleiner RS-Wert von nur 3 9 Ω um die Resonanzüberhöhung auf weniger als 0 5 dB zu reduzieren und gleichzeitig das Signalüberschwingen von ±400 mV auf ±50 mV zu senken Acht Tipps für eine stabile Verstärkerschaltung Die Stabilität eines stromrückgekoppelten Operationsverstärkers lässt sich sicherstellen wenn die aufgezeigten Schaltungstipps und Empfehlungen befolgt werden ➔ 1 Einsatz von geeigneten Leiterplattenlayouts um die parasitäre Kapazität von vornherein zu minimieren ➔ 2 Abblocken der Versorgungsspannungen für niedrige und hohe Frequenzen mit 6 8-μF-100-nFund 100-pFKondensatoren ➔ 3 Einfügen von 100-Ω-Widerständen zwischen einem Testpunkt und der zu messenden Leiterbahn um den Einfluss der Tastkopfkapazität auf die Signalleitung zu minimieren ➔ 4 Einhalten der vom IC-Hersteller im Datenblatt spezifizierten Widerstandswerte ➔ 5 Durchführen eines initialen Impulsantworttests um zwischen den Auswirkungen der parasitären Eingangsund Ausgangskapazität unterscheiden zu können ➔ 6 Kompensation der parasitären Eingangskapazität durch einen RCTiefpass am nichtinvertierenden Signaleingang ➔ 7 Kompensation einer niedrigen parasitären Ausgangskapazität durch Anhebung der Werte für den Rückkopplungswiderstand RRK und den Verstärkungswiderstand RV ➔ 8 Kompensieren einer großen parasitären Ausgangskapazität durch Einfügen eines kleinen Serienwiderstandes RS in den Ausgang hs Literatur 1 Avoid Instability in Rail to Rail CMOS Amplifiers Renesas Application Note AN1306 17 September 2007 www renesas com eu en www doc applicationnote an1306 pdf 2 Converting From Voltage-Feedback to Current-Feedback Amplifiers Renesas Application Note AN9663 10 März 2006 www renesas com eu en www doc applicationnote an9663 pdf 3 Current Feedback Amplifier Theory and Applications Renesas Application Note AN9420 April 1995 www renesas com eu en www doc applicationnote an9420 pdf 4 An Intuitive Approach to Understanding Current Feedback Amplifiers Renesas Application Note AN9787 11 Oktober 2004 www renesas com eu en www doc applicationnote an9787 pdf 5 Harvey B Practical Current Feedback Amplifier Design Considerations Intersil Application Note 24 März 1998 https www renesas com us en www doc applicationnote an1106 pdf Bild 9 Eine hohe Ausgangskapazität lässt sich nur mit einem Serienwiderstand im Ausgang kompensieren Änderungen der Widerstände wie in Bild 7 vorgeschlagen haben kaum Einfluss auf die Überhöhung im Frequenzgang Bild Renesas Bild 10 Mit dem Serienwiderstand im Ausgang RS lässt sich eine hohe parasitäre Ausgangskapazität CPA vom OPV-Ausgang wirkungsvoll entkoppeln und das Überschwingen der Impulsantwort drastisch reduzieren Bild Renesas