Композитный ОУ на ОРА 549

[proxima2008]

Так как ОРА 549 имелись с «семпловых» времен решил попробовать их в композите. Поскольку ОРА 549 достаточно медленный, то была проблема подбора в пару ему первого ОУ. Из того, что имеется в закромах родины, судя по даташиту, подходит OPA2111.
Пока набросал схему и немного помоделировал. Поскольку в постройке звукотехники знаний и опыта не много, то прошу сильно не пинать, а объяснить, если что не так и помочь советом. Хотелось бы обсудить все достоинства и недостатки этого решения.
модели.rar

[.Васильев]

можно проще и эффективнее.всего 2оу и надо.

[proxima2008]

можно проще и эффективнее.всего 2оу и надо.

Поскольку OPA2111 сдвоенный, то решил первый использовать как повторитель перед композитом. В его отсутсвие на ФЧХ петлевого усиления влияют не только С1 и R1, но и С4, если делать так:


А как бы поступили Вы?

Чуть попожже выложу картинку.

Было бы интересно

[Shaq]

если делать так:

C4 может привести к неустойчивости первого ОУ (пост #5), и вобще не красиво его нагружает.
Ну а в целом подход нормальный. Что бы изменил - 1. Не замыкал бы петлю второго ОУ - поможет первому работать с малой амплитудой сигнала на выходе и в целом уменшит сигнал ошибки петли общей ООС. 2. Использовал бы инвертирующее включение, так как синфазный сигнал может давать ощутимые искажения. Зависит канешно от ОУ.

[.Васильев]

Я на форуме показывал законченную схему на ОРА551 и ОРА134,ставить первым быстрый оу я считаю не надо. Лучше тормозной .Посмотрите ветку про композитный оу .
https://forum.vegalab.ru/showthread....такого-решения.

[proxima2008]

C4 может привести к неустойчивости первого ОУ (пост #5), и вобще не красиво его нагружает.

поэтому в посте #1, пользуясь тем, что OPA2111 сдвоенный, отделил фильтр НЧ (там он построен на R7 и С2) с помощью повторителя от С1 и R5

Не замыкал бы петлю второго ОУ - поможет первому работать с малой амплитудой сигнала на выходе и в целом уменшит сигнал ошибки петли общей ООС.

У OPA549 мала широкополосность и скорость нарастания - поэтому, чтобы не снижать скрорость нарастания чрезмерно ограничил Кус для OPA549 локально.

Использовал бы инвертирующее включение, так как синфазный сигнал может давать ощутимые искажения. Зависит канешно от ОУ.

Для OPA2111 и OPA549 используется инвертирующее включение, поэтому ООС идет на "+" OPA2111.

[Shaq]

У OPA549 мала широкополосность и скорость нарастания - поэтому, чтобы не снижать скрорость нарастания чрезмерно ограничил Кус для OPA549 локально.

Это глобально ничего не изменит, и на скорость нарастания не повлияет. Вторичные полюса второго ОУ не сдвинутся от этого, соотв компенсировать будет ничуть не менее удобно.

Для OPA2111 и OPA549 используется инвертирующее включение, поэтому ООС идет на "+" OPA2111.

Имелось ввиду инвертирующее включение всего композита вцелом, а не отдельных ОУ. На входе U3 из первого поста синфазный сигнал присутвует в полной мере.

[proxima2008]

ставить первым быстрый оу я считаю не надо. Лучше тормозной.

OPA549 Slew Rate - 9 V/us; GBW 0.9 MHz
исходя из этого, в пару ему подбирал OPA2111 (остальные претенденты были быстрее, а вы бы что предложили):
OPA2111 Slew Rate - 2 V/us; GBW 2 MHz

Поэтому же локально и ограничил для ОРА549 Кус=2,8, чтобы допустимая скорость нарастания входного сигнала для ОРА549 была 9/2,8=3 V/us, т.е. больше 2 V/us.

[Shaq]

поэтому в посте #1, пользуясь тем, что OPA2111 сдвоенный, отделил фильтр НЧ (там он построен на R7 и С2) с помощью повторителя от С1 и R5

Отдилили - это хорошо, но так как вы показали во второй схеме я бы крайне не рекомендовал делать, и темболее пытатся с таким включением оценить устойчивость, даже в симуляторе.

---------- Добавлено в 17:21 ---------- Предыдущее сообщение в 17:19 ----------

Кус=2,8, что быскорость нарастания была не меньше 9/2,8=3 V/us

А поподробней про эту формулу можно? Ума не приложу откуда вы такое взяли

[.Васильев]

OPA549 Slew Rate - 9 V/us; GBW 0.9 MHz
исходя из этого, в пару ему подбирал OPA2111 (остальные претенденты были быстрее, а вы бы что предложили):
OPA2111 Slew Rate - 2 V/us; GBW 2 MHz

я бы ввел частотозависимую ос с входа ОРА549,коррекцию на опережение или осви как еще можно назвать

[proxima2008]

Отделили - это хорошо, но так как вы показали во второй схеме я бы крайне не рекомендовал делать, и тем более пытаться с таким включением оценить устойчивость, даже в симуляторе.

Имелась в виду схема из поста #1. Далее в посте #5 приведена схема как пример того, как не нужно делать. Она приведена для того, чтобы объяснить, почему мне не хватило «всего 2оу». Собственно в схеме из поста #1 применен третий ОУ (точнее половинка сдвоенного OPA2111), чтобы отделить фильтр НЧ от композитного ОУ. Без него конденсатор из фильтра НЧ может привести к неустойчивости первого ОУ из композита, как Вы справедливо отмечаете.

Поэтому же локально и ограничил для ОРА549 Кус=2,8, чтобы допустимая скорость входного сигнала для ОРА549 была 9/2,8=3 V/us, т.е. больше 2 V/us.

А поподробней про эту формулу можно? Ума не приложу откуда вы такое взяли

Я выразился не корректно. Имелось в виду следующее - скорость нарастания OPA549 ограничена 9 V/us, усиление OPA549 допустим 18. Тогда скорость нарастания входного сигнала для OPA549 не должна превышать 9/18=0,5 V/us. Иначе нас ожидает TIM(Transient Intermodulation Distortion) and SID(Slew Induce Distortion).
Далее OPA2111 скорость нарастания - 2 V/us. Однако если мы не замыкаем петлю второго ОУ и первый работает с малой амплитудой сигнала на выходе, то усиление по напряжение осуществляет OPA549 и скорость нарастания входного сигнала для него не должна превышать 9/18=0,5 V/us, а мы имеем от OPA2111 скорость нарастания - 2 V/us.
Собственно, если мы замыкаем петлю второго ОУ, то при выбранных мной значениях резисторов ОС, мы имеем, что допустимая скорость входного сигнала для ОРА549 9/2,8=3 V/us, что больше 2 V/us.
SID_TIM_1.pdf
SID_TIM_2.pdf
SID_TIM_3.pdf
В принципе можно изменяя R2 (который исходно 9,1 к) наблюдать за искажениями меандра на выходе.

[proxima2008]

я бы ввел частотозависимую ос с входа ОРА549,коррекцию на опережение или осви как еще можно назвать

А можно картинкой проиллюстрировать

[.Васильев]

А можно картинкой проиллюстрировать

А ссылку я вам зачем дал.

[proxima2008]

Можно первым, более быстрым ОУ создать ноль, который частично скомпенсирует второй низкочастотный полюс второго ОУ. Хотя впринципе у вас в схеме это "присутсвует", простов слегка более мягкой форме.

Второй полюс OPA549 расположен где-то около 2.2MHz. Чтобы первым, более быстрым ОУ создать ноль, необходимо чтобы 2.2MHz ~ 1/(6.28*C1*R10). Т.к. С1=200пф, то R10=360 Ом. Я правильно понял Вашу идею?

[Shaq]

Далее OPA2111 скорость нарастания - 2 V/us.

А почему вы думаете что на выходе первого ОУ обязательно будет сигнал с максимальной скоростью нарастания? Он у вас просто дополнительно интегрирует стгнал снятый с цепи ООС, который бы так или иначе попал на вход OPA549. Интегратор никогда не славился резкими перепадами сигнала на выходе. Единственое что позволяет ему хоть немного пропускать ВЧ сигнал это искуственно введенный ноль. Но его влияние лекго промоделировать (чем вы собственно и занимались), и оценить кокой будет практический сигнал на выходе первого ОУ.
То что вы привели вовсе не спасет вас от искажений, и возникнут еще раньше, только от перегрузки первого ОУ. Вы же сами пишете что Ку допустим 2.8, умножить на 2 получится не больше 5.6В/мкс. Т.е. на ровном месте вы еще вдвое уменьшили и так не выдающийся параметр.

---------- Добавлено в 02:35 ---------- Предыдущее сообщение в 02:25 ----------

Второй полюс OPA549 расположен где-то около 2.2MHz. Чтобы первым, более быстрым ОУ создать ноль, необходимо чтобы 2.2MHz ~ 1/(6.28*C1*R10). Т.к. С1=200пф, то R10=360 Ом. Я правильно понял Вашу идею?

И да и нет. Поскольку у вас для сигнала ООС первый ОУ включен как неивертирующий, он уже имеет ноль на характеристике, определенный С1 R5. Но вцелом его можно дополнительно подвигать, оторвав от полки единичного усиления с помощью R10. Это как дополнительная свобода манипуляции. И если не ошибаюсь то надо уже брать не R10 а сумму R10 и R5. Запишите в s или в jw переметре усиление для ОУ в неинверт включении, там станет все достаточно очевидно. Когда импеданс конденсатора сравняется по модулю там и будет ноль. Что-то типа (R5+R10+1/sC)/R5.

Только к этой компенсации надо подходить осторожно. В реальности этот полюс будет сильно плавать в зависимости от уровня выходного напряжения. И я глубоко сомневаюсь что имеющаяся модель хоть как-то это отражает. Так что эта задача требует отладки на прототипе.

[proxima2008]

А почему вы думаете что на выходе первого ОУ обязательно будет сигнал с максимальной скоростью нарастания? Он у вас просто дополнительно интегрирует сигнал снятый с цепи ООС, который бы так или иначе попал на вход OPA549. Интегратор никогда не славился резкими перепадами сигнала на выходе. Единственое что позволяет ему хоть немного пропускать ВЧ сигнал это искуственно введенный ноль. Но его влияние лекго промоделировать (чем вы собственно и занимались), и оценить кокой будет практический сигнал на выходе первого ОУ.

Безусловно, интегратор сглаживает фронты. А выбор R2 был следующим - я наблюдал за меандром.

Причину таких изменений с ростом R2, а, следовательно, с ростом вклада ОРА549 в общее усиление по напряжению, я объяснил для себя превышением допустимой скорости нарастания входного сигнала для ОРА549 (возможно неверное объяснение). На синусоиде такого нет, т.к. нет резких фронтов.

Вы же сами пишете что Ку допустим 2.8, умножить на 2 получится не больше 5.6В/мкс.

OPA549 Slew Rate - 9 V/us; GBW 0.9 MHz
Собственно при Ку=4,5 (что соответсвует R2=15К) имеем 2*4,5=9 В/мкс, но выбросы на меандре в модели уже есть. Посмотрю, что будет на практике.

То что вы привели вовсе не спасет вас от искажений, и возникнут еще раньше, только от перегрузки первого ОУ.

При усилении второго ОУ 2.8 на первый приходится усиление 6.8. При этом ОРА549 перегрузится быстрее. Даже если предположить, что он отработает до Uпит, то на его вход можно подать не более 30/2.8=10,7В. По даташиту OPA2111 может выдать на выход до 11В без перегрузки. Схема рассчитывалась на входное напряжение до 1В. Так что еще есть запас. При 1В (амплитудного) на выходе OPA2111 имеем 6,8В, на выходе около 19 В (амплитудного) или Vpp=38В

[Shaq]

Посмотрю, что будет на практике.

Вот, ключевые слова. Перестаньте смотреть на меандр. Сами же говорите что на синусодие такова нет. Им, имея хорошие фронты, можно перегрузить что угодно, но что это даст. Отталкивайтесь от от конкретной задачи. У вас два источника сигнала - входной сигнал и сигнал ОС. Первый достаточно предсказуем в плане максимальной скорости нарастания, второй достаточно хорошо все можно наблюдать осцилографом собрав макет. Еще раз - перестаньте мучать усилитель мендром, да еще и без входного фильтра.
Еще парас слов про интегратор. Он не просто сглаживает фронты. Проанализируйте интегратор в частотной области. Скорость нарастания - это производная. Выход интегратора - это хм, интеграл. Соотв правильно подобрав постоянную времени интегратора, и задавшись какой-то полосой часто, вы никогда не получите на его выходе максимальную скорость нарастания больше чем на входе. Соотв можно сделать вывод что разорвав петлю ОС голой OPA549 и вставивмежду делителем и ее входом дополнительный интегратор вы нисколько не измените вероятности ее перегрузки по входу. Одно но - тот ноль, который мы обсуждали, немного изменить ситуацию на ВЧ, но правильно его расположив, ниже единичного усиления, вы опять таки не навредите. Думаю что при акуратном анализе и практическом тестировании можно, если надо, расположить его и повыше единичного усиления.
З.Ы. Я тут на днят обкатал на спектроанализаторе простенький композитный УМ - получилось достаточно оптимистичные цифры. У вас канешно несколько другие начальные условия, несколько больше ограничений, но думаю что при позитиавном подходе все получится

Ктати, такой практический момент. В зависимости от свойтв конретных применяемых ОУ (типа там инверсия фазы при выходе из комон мод диапазона и т.д.), может быть необходимо предусмотреть дополнительные цепи улучшающие выход из клипига и установление на старте. Обычно это что-то типа пары встречно паралельных диодов ограничивающих сигнал на входе второго ОУ. Но надо смотреть чтобы эти цепи не вносили доп искажений.