非補償オペアンプを線形領域に保つ方法は？

バックグラウンド

トランスインピーダンスアプリケーションの場合、オペアンプを線形領域に保ち、オペアンプの飽和とオーバードライブ回復を回避する必要があります。

これは、ユニティゲインの安定したオペアンプを使用する場合、簡単な自動ゲイン制御回路で実行できます。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

ダイオードがオンになると、閉ループ応答は同じ帯域幅を維持しますが、その大きさは減少します。高周波フィードバック係数Cfeedback /（Cfeedback + Cin）は1に近づきますが、オペアンプはユニティゲインが安定しているので問題ありません。これをOPA656で実装しましたが、うまく機能します。

これは、非補償アンプでは機能しません。高周波フィードバックが多すぎると発振します。私はこれをOPA846で見ました。

質問

トランスインピーダンスアプリケーションで、非補償アンプを線形領域にどのように維持しますか？

以下の回路のシミュレーションを試みましたが、追加の入力容量を切り替えると高周波フィードバックが減少することを期待していますが、結果は良くありません。

^{この回路をシミュレート}

回路図のコンポーネント値は、実際の回路で使用しているものではありません。それらは回路の説明を簡単にするために丸い値です。たとえば、ダイオードがオフのときの最初の回路の高周波フィードバック係数は1/101です。実際のコンポーネントの値は、安定性の端に近い最大速度に調整されていますが、ボードの寄生成分のため正確にはわかりません。質問の邪魔になるでしょう。

OPA846を使用して低レベルの電流でアンプが正常に動作し、問題が高レベルでのみ発生する場合、3つの可能性があると思います。

1）R1を小さくして、トランスインピーダンスゲインを減らします。電流の範囲は広くなりますが、分解能（増幅）は失われます。

2）ゲイン制限回路の調整（質問の最初の回路図のR2、C2、D1）：この回路がOPA656で正常に動作する場合は、OPA846でも動作させることができます。ゲイン制御ブランチによって回路が不安定にならないように、R2を変更してみてください。

3）C1を変更するかC3を増やすことにより、回路により多くの補償を追加します。回路がOPA656で正常に動作するが、OPA846で問題がある場合、それは補償の問題である可能性があるという印象があります。

私が知る限り、関係する電圧振幅は通常非常に低いため、フォトダイオードの電流制限回路を考えるのは難しい場合があります。

Q1が代わりにMOSFETであった場合、おそらく2番目のものは機能するでしょう。どちらも、しきい値付近でかなりの非直線性をもたらします。これが代替案です。

このようなもの：

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

しきい値に近いときに高利得モードと低利得モードの間で振動しないように、R3 / R4（ヒステリシス）およびR6（負荷）を選択する必要がある場合。

おそらく、fetの駆動方法を調整する必要があります（ゲート電流は増幅されますD :)。

一般的な観察

すべてのOPAMPには最小の閉ループゲインがあります。

OPAMPは、指定された最小ゲイン（通常は0.1）で最小位相マージンを確保するように補正されます。

補償されていないOPAMPで高速と安定性の両方を望み、ゲインが低い場合は、自分で補償する必要があります。

線形性に関しては、フィードバックは線形性を保証するものであり、オペアンプの開ループ自体の線形性ではありません。

特定の観察

この問題はAGCが原因で発生します。ゲインが高い場合はすべて問題ありませんが、ゲインが低い場合は問題があります。したがって、AOPの観点からはまだ高いゲインを確保する必要があります。そうでない場合は、オペアンプを補償する必要があります。

1. ゲインを下げるのではなく、入力レベルを下げてみてください。
2. ゲインを下げるときに補正を追加してみてください。

Q1を使用した回路図では、出力電圧が通常入力の電圧よりも高いため、Q1は通常導通しないことに注意してください。しかし、発振が原因で出力電圧が入力よりも低くなると、入力電流を補償しているため、フィードバックは実際には高くなります。それがフィードバックです。したがって、ゲインを下げ、OPAMPを不安定な領域に配置します。

提案

入力を下げるには、フォワードモードで通常のダイオードを追加します。レシーバーの出力が低い場合はほとんど伝導せず、レシーバーの出力が高い場合は伝導率が高いため、AGCとして機能します。最適なものを見つけるには、シミュレーションとダイオードの選択が必要です。これはOPAMPからのフィードバックではないため、閉ループゲインには影響しません。

Q1を使用するメソッドのもう1つの問題は、小信号分析がすべてに適用されることです。平均的なフィードバックを得るためには、整流回路が必要だと思います。AGCフィードバックが低周波数電流である場合、それは低周波数よりも高周波数フィードバックを増加させていません。

高周波フィードバックを低く保つには、高周波の高いフィードバックパスをブロックする必要があります。フィードバックパスの直列にインダクタンスを追加するか、フィードバックパスのグランドにバイパスコンデンサを追加することができます。

ゲインが低い場合にのみ高周波数の補償を追加することは、より困難に見えます。電圧可変コンデンサは、RCフィルターを信号レベルに適応させるのに役立ちますが、調整が難しいようです。

これらの考えがお役に立てば幸いです。