Camenzind, tyvärr död, men han var en mycket förståndig och underhållande man att lyssna på. Fas-stabilitet tillhör de problem han alltid brottades med i olika försök att förbättra, resp göra kretsar tåliga och mer självstabilserande för avvikelser. Just stabiliteten över stort driftområde och tåligheten mot produktionsavvikelser bidrog till att 555:an blev en storsäljande universal-timer.
Som hobbyist är 1000uF på en LM317 säkert försvarbart ekonomiskt och utrymmesmässigt, men för mej låter det lite väl märkligt.
1000 uF är ju hyggligt stort buffertlager av laddning, men skulle bufferten behövas för att motsvara dina behov av stabil DC-nivå efter en ur max-strömsynpunkt rätt begränsad LM317?
Det måste innebära att du har våldsamt rippel på matningsidan av LM317, som sedan ska låta LM317 pumpa ström mot en stor kondensator 50/100 ggr i sekunden. Det blir stora och närmast pulsade strömmar. Pulsningen gör att LM317 bara nyttjas en del av tiden, vilket ytterligare sänker max genomsnittlig ström som kan levereras.
Det är slugare att buffra upp laddning på matningssidan av LM317 och låta denna sedan leverera ström i jämnare takt till LF-steget, eller vad det nu är som ska drivas. Stora kondensatorer på reglerade sidan behövs möjligen som buffer om det finns enskilda kraftiga kortvariga laster över LM317's strömförmåga, typ ett tungt relä eller liknande, som ska drivas av samma reglerade spänning som en LF-förstärkare. Fast vem vill driva relä via stabilserad DC, som även ska hantera små LF-spänningar?
Storleken på en 1000 uF elyt gör att den inte kan placeras med korta gångvägar nära en LM317, men det är i vart fall måttlig nytta med det.
En LM317 har unity gain i sin reglerloop på ca 5 MHz. Har du kollat hur en 1000uF elyt-kondensator ser ut vid 5MHz? Den är en hygglig stor induktans. Högfrekvent rippel är garanterat.
En mindre elyt har bättre högfrekventa egenskaper, fast den blir flugskits-stor innan den duger till något vid 5 MHz.
LM317 är så pass snabb att den även kan användas som PWM-regulator. I datablad rekommenderas därför tantaler, ej elyter. Värden som rekommendera är 1-10uF nära kretsen. Då det ändå blir rätt långa tillledningar ska man undvika att hamna området låga reaktiva last vid 1-5 MHz då det lätt leder till oscillationer. Den 100uF kondensator jag mätte på tidigare i denna tråden är således olämplig i detta frekvensområdet. Gissa vad 1000uF är vid 5 MHz? Den är i bästa fall inte negativt för kretsens designade funktion om man kompletterar med andra kondensatorer.
Som du ser kan parallella kondensatorer ha ett syfte även för en enkel spänning-regulator, åtminstone om man som mål tänkt designa något välfungerande.
Dock tycker jag att OP-konceptet för AF mest är slapp design.
Tycker det är väl tufft att påstå. Med tanke på att du inte vet varför, så är det synd att då utgå ifrån att ingen annan heller vet varför det ofta är direkt avgörande för design-resultatet att använda både två och tre kondensatorer parallellt.
Visst, fallerar man redan på design av spänningsregulatorn, så spelar det ingen större roll, utan man kan lika gärna välja sopigaste tänkbara OP-kretsar, om de ändå ska drivas på undermålig spänning. Att använda exklusiva kretsar tillför inte mycket om inte resten kan svara upp.
Det är nu så att det ena hänger ihop med det andra vad gäller fasvridning och en OP's interna snabbhet. Vill man ha låg distorsion på låga frekvenser, stabilitet och högt CMRR så gynnas det av låg fasvridning.
Sen är det naturligtvis olika var man sätter sina kvalitetskrav men DC gain/unity gain/effektbandbredd/linjäritet har enkla matematiska samband som man inte som designer kan bortse från. Det är som Ohm's lag, det är lite svårt att designa något som inte följer dess begränsningar så betvivlar att du undkommer samma begränsning.
Har byggt en och annan ljud-förstäkare med diskreta transistorer och 741:or för många år sedan. När man lyckats med eget bygge där det faktiskt kom mer ljud än rök, då var man rätt stolt över "välljudet". Det var närmast en positiv överraskning att det blev ljud alls, då man byggt utan att ha riktig koll. Att det egentligen var rätt miserabelt vad gäller ljudkvaliteten, hade man lätt att överse med.
Bygga motsvarande modern bärbar elektronik med diskreta transistorer går bra men det blir istället en resväska med tillhörande bilbatteri om man vill bygga ett Bluetooth headset, och förmodligen kommer det vara nära omöjligt med hänsyn till de extrema fas-felen som diskreta transistorer medför att ens få ihop (de)modulatorn i BT-radion. Nu väljer man ett färdigt BT-chip, 4*4 mm stort, rymmer tusentals transistorer och inte en enda är onödig, med tanke på prispressen som råder när man designar sådana chip idag.
Att ens tänka att bygga med komplexa konstruktioner med 100.000 diskreta transistorer är i vart fall inte kommersiell gångbart och kräver mycket mer oändliga beräkningar jämfört med att köpa en färdig IC där någon annan gjort beräkningarna.
Ta något enkelt som 555:an, utan att tjuvkika på befintlig design och istället bygga efter eget huvud, vad som krävs för det kan man få en aning om genom att läsa om utvecklingsarbetet Camenzind gjorde. Förmodar att det är det du gör just nu.
Camenzind kände väl till problemen rörande tiden det tar att flytta en laddning från en punkt till en annan (och därmed fasfel), även om avstånden är så korta som de är inuti en OP.
Internt i en CMOS-krets är det i princip så enkelt att mottagaren består av en tillledning (serie-induktans) och en laddningsmottagare (kapacitans) vilket tillsammans skapar en fördröjning.
Genom att göra ledningen kort och transmissionslik (inte lätt med diskreta komponenter), samt göra laddningsmottagaren liten (låg kapacitans) får man ned tids-problemet.
Att det även möjliggör att kretsen som helhet blir snabbare är inte svårt att förstå. Det ligger även i logiken att små laddningsöverföringar kostar mindre energi, kretsen blir strömsnålare (och brusigare!).
Något som jag knåpar ihop som är bärbart i ena örat, som processar ljudet från mikrofonen för att undertrycka eko och vindbrus, paketera det i adresserade digtal strängar samt skicka över det per radio, det kan du säkert bygga med diskreta kretsar, men först blir det att lära sej rätt tung teori, sedan får du ägna hela din livstid och mera till att designa och bygga något som möjligen kan transporteras på en skottkärra och som i vilket fall har sämre prestanda i samtliga del-funktioner.
Du stirrar dej blind på OP-kretsars prestanda i datablad. Det är ofta data angivet openloop eller som gain och offset-spänningar som anges vid DC. Räkna istället baklänges. Bestäm vilket gain och linjäritet och distorsion du behöver för en viss funktion. Räkna om dessa värden till DC och open-loop-krav Då får du lättar att välja en "lagom" bra krets. Samma sak med drivspänning, hur mycket störningar denna vägen ska kretsen klara för att uppfylla dina krav? Ofta när det gäller OP så kan man inte få allt uppfyllt, t.ex. hög linjäritet och lågt egenbrus är lite motsatser till varandra och man får välja en diplomatisk lösning. Eventuellt är inbruset så pass högt att OP'n egenbrus blir oväsentligt, men det är då en fördel om man redan på designstadiet vet detta, och kan istället köpa andra egenskaper för samma peng.
Hur ser designen ut med hänsyn till IM eller dynamik, kommer OP'n nyttjas över stor del av sitt dynamiska utområde, bör designen ta hänsyn till crosstalk är något man bör ha med sej redan när man bläddrar bland kretsarna på ELFA.
Sedan finns så enkla saker som hur stort footprintet är, har kretsen ovanlig benkonfiguration, ytmonteringsbar som gör att man får ett reducerat antal möjliga kretsar som går att använda för en specifik design.
Du är inte ensam om att göra OP i diskret form, vad det nu är. Det finns de som ägnar sin själ åt att bygga bättre än vad färdiga OP's kan erbjuda.
Här är en som försöker. OBS att fotot på sidan föreställer Bob Widlar, som designade LM741 (och inte minst LM10, mindre känd men anses unik i design-kretsar).
Länkens Sparkolabs, som säljer egna diskreta OP's, anser tydligen att en OP behöver 140dB gain (100000000000000 ggr) för anständig ljudkvalitet, vilket du anser är bortkastat? Det gör jag också, fast kanske inte på samma grunder.
En ideal OP har oändligt gain, är oändligt snabb, saknar intern fördröjning, inga linjäritets-defekter, brusfri, oändligt låg utimpedans och helst utan egen strömförbrukning. Rail2rail på samtliga pinnar givetvis. Har den också obetydligt footprint och lågt pris, skulle åtminstone valet av OP vara enkelt för mej.
Speciellt ointressant blir det ju om man bara önskar förstärka över 100 gånger och trots 8MHz i GBW bara får 80kHz kvar.
Lyxproblem, har man en krets som ger "onödigt" hög effektbandbredd, nyttjar man det till ytterligare stabilitet, aktiv avrullning av övre gränsfrekvens och minska IM eller undertrycka TDR genom att höja förstärkningen och resistivt dämpa överskottet.
Skjuter man fortfarande över målet med designen väljer man en billigare OP eller är man nöjd med att man för en gångs skull fick lite marginal på en del av konstruktionen.
För att komma tillrätta med instabilitet kan man använda Ohm's lag, fast anpassat för dynamiska olinjära skeenden.
Man vill finna/analysera resonans-polerna för att se om någon av dom kan bidra till instabilitet. Vanligen åskådliggörs detta med Bode och Nyquist-diagram och för riktigt höga frekvenser blir även Smith-diagrammet ett viktigt verktyg.
Sådana analyser gör man även om man designar med diskreta komponenter om man är intresserad av att få ut tänkt prestanda till så låg designkostnad som möjligt. Stirra dej inte blind på en enskild OP's prestanda, sätt in del i en komplett kedja och analysera var den svagaste länken finns, och som lönar sej bästa att åtgärda. Det gäller även det omvända, har din design blivit bättre än designmålet, kolla om du kan hitta en billigare och sämre komponent som du kan ersätta med.
Det är inte ovanligt att man i (kinesisk) konsumentelektronik, efter design kollar om alla parallella avkopplingskondensatorer var nödvändiga. Går en kondensator plocka bort utan allt för stora stabilitetsproblem, gör man det som en kostnadsbesparing,
Nackdelen är att produkten som ny är fungerande, men det finns inga marginaler för de kvarvarande åldrande kondensatorerna som tappar kapacitans med åldern och livlängden kan då bli kort på hela produkten. Vanligtvis strax över garanti-tiden.
Samma sak gäller för din design, även om du har måttliga krav på vad som är acceptabelt resultat, är det sällan fel att ha lite marginal för att tåla att åldras en aning utan att gå utanför spec.
Det mest komiska av allt är dock att jag inte kan nåt
Du kan en hel del, men fundera gärna ett varv extra vad som gör att det t.ex. finns en marknad för OP med "onödigt" bra prestanda.
Hobbymarknaden är inget som styr vad IC-tillverkarna producerar, och de som köper i stora volymer, köper så nära den kravspec som man har föreskriver, inte bättre.
Det är närmast denna kravpec som påverkar vilka kretsar som IC-tillverkarna satsar utvecklingskostnader på för att bli fördelaktigare än konkurrentens kretsar.
Vad gäller analogteknik är kondensatorer och induktanser viktiga byggstenar som man måste ha god koll på för att kunna designa analogt på ett bra sätt.
Ta som exempelvis kondensatorerna, som det finns oändligt många sorter av, därför att olika kondensatorer har brister, som kan kompenseras med andra typer av kondensatorer.
Vill vi ha stor lagringskapacitet försämras andra egenskaper. Rippeltålighet och spänningsberoende kapacitans, samt åldringsegenskaperna är andra problem-områden.
Även induktanserna har motsvarande problem-områden. För kondenstorn ser man en viss ljusning i och med super-kondensatorerna som bygger på att energin lagras i form av läges-energi istället för kemiskt bunden energi för elektrolyt-baserade kondensatorer. Du har säkert sett kondensatorer som man startar bilar med osv. på Youtube, men det finns värre kondenstorer på gång.
Dessa nya super-kondensatorer bygger på elektroder med nano-liknande uppbygnad. Ytterst tunnas lager. Tunna lager i kombination med hög kapacitet gör att det går göra små kondensatorer som fortfarande har hygglig kapacitet.
Det är möjligt att göra kondensatorer som bara är en hundradel i volym för motsvarande en elyt, men med samma kapacitet. Lägg till att ledningarna kan göras kortare än än elyterna samt lägre ESR och vi vinner hög-frekventa egenskaper.
Kanske kommer det i framtiden vara helt onödigt och gammalmodigt att behöva använda flera kondensatorer parallellt för att få bredbandigare egenskaper.
Då får du ta åt dej äran att det var du som först ifrågasatte denna dåliga, kompromissande konstruktionen med parallella kondensatorer.
En rolig grej med dessa kondensatorer är att man faktiskt kan tillverka dessa med relativt enkla medel.
Själva kondensator-tekniken är 150 år gammal, Helmholtz dubbel-lager, och ansågs vara avsomnad utan framtid, men väcktes till liv på nytt i samband med att nya kolstrukturer upptäcktes för några år sedan.
Här är ett exempel på hemgjord kondensator stor som ett halvt spelkort på 66000uF.
I och med att ingen elektrolyt deltar i kemiska process sker ingen åldring och kondensatorerna har högre max-effekt än motsvarande litium batteri-celler pga av dess extremt låga ESR.
