¿Es posible que un opamp oscile a una frecuencia mayor que su GBP?


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Estaba instalando un tl3141 en un circuito amplificador de auriculares y parece romperse en una oscilación de ~ 250mVp-p a 8-10MHz en la mitad inferior de la forma de onda cuando se alimenta una onda sinusoidal de 1kHz.

¿Es eso posible dadas las especificaciones del opamp (GBP 1.1MHz, velocidad de respuesta 1.3V / μSec)? Dada la oscilación medida, la salida tendría que oscilar en algún lugar alrededor de 2.75V / μSec, que está muy por encima de esa especificación.


Depende de la opamp. Por ejemplo, el bajo ancho de banda LM741 era un LM748 moderadamente rápido con un condensador de compensación incorporado. Si las etapas rápidas tienen rutas de retroalimentación (como suministros mal diseñados) independientes de ese límite, es posible.
Brian Drummond

Si mis mediciones / matemáticas son correctas, la salida oscila 250mV en .09μSec, que es una velocidad de respuesta de ~ 2.75V / μSec y duplica la especificación.
Frosty

Respuestas:


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Algunos amplificadores de potencia de clase AB utilizan un par de transistores PNP / NPN compuestos para conducir la corriente en el swing del lado bajo. LM380 y su TL3141 usan esta topología. Para el LM380, las aplicaciones advierten que se pueden experimentar oscilaciones de 5-10 MHz, conocidas por los expertos en audio como "difusiones del lado bajo". Se sugiere una red Zobel como una cura (una serie RC de salida a tierra). Una buena derivación de la fuente de alimentación de alta frecuencia también puede ayudar.

ingrese la descripción de la imagen aquí

EDITAR : De "Audio HANDBOOK National" (1976),

... La clase B clásica es simplemente un PNP y NPN capaz de generar grandes corrientes, pero dado que el diseñador de circuitos integrados no tiene PNP de buena calidad, se producen varios compromisos. La Figura 4.1.4b muestra el PNP del lado inferior reemplazado por una disposición compuesta PNP / NPN. Desafortunadamente, Q2 / Q3 forman un bucle de retroalimentación que está bastante inclinado a oscilar en el rango de 2-5MHz. Aunque la frecuencia de oscilación está muy por encima del rango audible, puede ser problemático cuando se coloca cerca de un receptor de RF. Entre las técnicas de estabilización que están en uso, con diversos grados de éxito están:

  • Colocando un RC externo desde el pin de salida a tierra para reducir la ganancia de la NPN. Esto funciona bastante bien y aparece en numerosas hojas de datos como una cura externa.

  • Utilizando métodos de geometría del dispositivo para mejorar la respuesta de frecuencia del PNP. Esto se ha realizado con éxito en el LM377, LM378, LM379. El único problema con este esquema es que el sesgo de la PNP mejorada reduce ligeramente la oscilación de salida utilizable, lo que disminuye la capacidad de potencia de salida.

  • Adición de resistencia en serie con el emisor o la base de Q3.

  • Haciendo Q3 una ganancia controlada PNP de unidad, que tiene la ventaja adicional de mantener la ganancia más casi igual para cada medio ciclo.

  • Adición de capacitancia a tierra desde el colector de Q3.

Estos tres últimos funcionan a veces hasta cierto punto en la mayoría de los niveles actuales.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab


¡Gracias! Ese parece mi problema exacto. Edité su respuesta para incluir una captura de pantalla de la nota de aplicación, espero que no le importe.
Frosty

¿Las "pelusas del lado bajo" tienen algunos sinónimos? Estoy tratando de encontrar más discusiones sobre el fenómeno, pero no puedo encontrar mucho con ese término.
Frosty

@Frosty Estoy tratando de encontrar la referencia, vista en un antiguo libro de apuntes que analiza los componentes internos del amplificador de potencia IC. Tengo que cavar más profundo ... si lo encuentro, volveré a editar.
glen_geek

ti.com/lit/an/snaa086/snaa086.pdf página tres. Pegué una captura de pantalla en su respuesta, pero está esperando la revisión por pares. Oh, estás hablando de los borrosos ...
Frosty

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¡Votado! Además, incluso sin una salida CFP, la etapa de salida de un amplificador discreto (o un amplificador operacional) puede oscilar a frecuencias muy por encima del GBW del amplificador si hay demasiada inductancia en el suministro o en el cableado de las puertas / bases, esto puede crear una retroalimentación positiva y oscilaciones. Para un opamp, hay muy poca inductancia dentro del circuito, pero el suministro es importante, un desacoplamiento catastróficamente malo puede hacer que oscile.
peufeu

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GBP, como se indica para el amplificador , si se usa como tal, no significa que ningún efecto de entrada a riel o de riel a entrada no pueda tener un ancho de banda mucho mayor, y crear sorpresas como esa si hay algo insatisfactorio sobre la derivación o el filtrado de potencia.

Además, con opamps comunes, el GBP se basa en una ganancia de voltaje. Dependiendo de la capacitancia de entrada, incluso a la frecuencia máxima, no se usa la mayoría de la potencia disponible en la entrada. Tampoco se consume la mayor parte de la energía disponible en la salida. Ahora todo lo que se necesita es alguna red pasiva intencional o no intencional (circuito de tanque, parte piezoeléctrica, bobina roscada, transformador) que proporciona ganancia de voltaje, incluso con una pérdida de potencia ...

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