หลักๆของการเกิด osillation ของพวก opamp ก็มาจากการ delay ของสัญญาณจาก output ป้อนกลับไปที่ทาง input ง่ายๆหากจังหวะที่สัญญาณ feedback กลับไปและ phase ดันเลื่อนไปเนื่องจาก delay ที่ความถี่ไดความถี่นึงดันเสริมกันพอดี(ขึ้นกัน gain ด้วย) ก็ oscillate ได้ โดยปกติ datasheet เขาจะมีกราฟ phase margin เป็นตัววัดหรือบอกเสถียรภาพของระบบที่มีการป้อนกลับมาให้พิจารณ์ในการออกแบบด้วย ซึ่งจะสามารถดูจุด open-loop gain เท่ากับหนึ่งมี phase margin เท่าไหร่ และ ที่สำคัญบางทีก็ให้ค่า capacitive load ที่ต่อทาง กับ output ลงกราวด์ที่ opamp มองเห็นว่าไม่ควรเกินเท่าไร่ ค่า capacitive load ตัวนี้แหละครับตัวดี
ที่อธิบายมาข้างต้นเป็นเพียงแค่มุมมองหยาบๆของผม ซึ่งไม่ได้หมายความว่า gain สูงจะไม่ oscillate ซึ่งมันก็ oscillate ได้หาก R feedback มีค่าสูงซึ่งมันจะไปสัมพันธ์กับ ค่า C ทาง input ได้เช่นกัน และยังขึ้นกับ Capacitive load ด้วย
สรุปคือหลักๆให้ดูที่ capasitive load ที่ output ของ opamp ก่อนเพราะไอ้ C ตัวนี้มันไปเปลี่ยนการเลื่อนของ phase ต้องอย่าลืมว่า output impedance ของ opamp มันมีค่าจำกัด หากสังเกตุเวลาเขาทดสอบ opamp เขาจะ ทดสอบ pulse respond เป็นหลักดูสัญญาณก่อนเข้า และสัญญาณที่ออกมาที่ gain และ capacitive load และที่ amplitude ของสัญญาณ input ต่างๆกัน สุดยอดวงจรขยายในอุดมคติคือ เข้ามาไงออกไปงั้น(ที่อัตราขยาย=1)
ไม่ต่างอะไรกับวงจร power amp แบบ solid stage ที่เราใช้กัน low volt - high current หากสังเกตุทาง ทาง output มักจะนิยมไส่ ค่า R ต่ำๆขนานกับ L ไว้เพื่อลดผลจาก capacitive load ที่วงจรขยายมองเห็นผ่าน passive crossover network ไปหาดอกลำโพง ซึ่งไอ้ crossover network นี่แหละครับตัวดี ดังนัันหลักการแก้ง่ายๆที่ผมนิยมทำคือแทรก R ค่าน้อยๆลงไปอนุกรมระหว่าง output ของ opamp กับ วงจรภาคถัดไป ซึ่งเหตุการแบบนี้ผมก็เคยเจอ opamp ดัน oscillate ที่ -40C ซึ่งไม่ไช่ความผิด opamp ครับ ความผิดคือคนออกแบบดันทะลึ่งเอาไปขับวงจร switch multiplexer ทะลุไปหาวงจ RC filter ซึ่งหลังจากวงจร switch มีตัวเก็บประจุขนานลงกราวด์รออยู่แล้ว ความพิศดารคือที่ 25C switch มันมีค่าความต้านทานอยู่ค่านึง (fet switch แบบไม่อุดมคติ หากอุดมคติความต้านทานจากขาเข้าไปขาออกจะเป็น 0) ซึ่งก็ไม่ต่ำ ค่าอยู่ที่ประมาณ 60 ohm ซึ่งค่าความตานทานนี้ช่วยลดค่า capacitive load ของ C ตัวแรกทางด้าน input ของวงจร RC filter ที่ไป load วงจรภาค output ของ opamp ที่จะไปขับได้ คราวนี้ความซวยมาเยือนคือ multiplexer แต่ละ lot มันก็ไม่เหมือนกัน ดันไปเจอ lot ที่ ค่า R แฝงต่ำ ซึ่งที่ 25C ยังไม่ oscillate แต่พอไปที่ -40C ค่าความต้านทานมันลดลงและค่าที่ลดลงนี่ต่ำพอที่จะทำให้ opamp เจอ capcitive load ไปเต็มๆ เลย oscillate จากที่กล่าวมาก็เป็นประสบการณ์บางส่วนที่เจอมา ซึ่งความผิดพลาดที่เจอถือเป็นประสบกาณ์ที่ดีซึ่งหากย้อนเวลากลับไปให้ผมทำเองผมก็คงผิดพลาดแบบนี้ได้เช่นกัน
กลับมาที่ opamp ผมจะเปรียบเทียบเบอร์ยอดฮิตอีก 2 เบอร์ คราวนี้เพื่อนๆจะได้เห็นภาพกันจะๆว่าไอ้กราฟ open-loop gain ที่สัมพันธ์กับความถี่มันสำพันธ์กันยังไง มีประโยชน์ยังไงในการเลือก opamp ไม่ไช่กรณีลองแบบถอดเสียบถอดเสียบซึ่งทำแบบนี้วันดีคืนดีคุณอาจจะโชคดีได้ซื้อลำโพงใหม่
เบอร์นึงโคตรแพงทุกคนนิยมเพราะลงความเห็นว่าเสียงดี อีกเบอร์คือเบอร์ไกล้เคียง นั่นคือ opa627 กับ opa637
1. เบอร์ opa627 เขาบอกว่า unity gain stable
2. เบอร์ opa637 เขาบอกว่าถ้าอยากให้มันเสถียรกรุณาออกแบบให้ gain มากกว่า 5
ลอง load datasheet มาดูกราฟนะครับ หรือดูจากภาพที่ผมไส่มาให้ก็ได้ จะเห็นว่า
opa627 ที่ open-loop gain ที่ความถี่ประมาณ 15MHz จะมี gain=1 หรือ 0dB โดยที่ phase margin เท่ากับ 75 องศา (เยอะดี เกิน 60 องศา)
opa637 ที่ open-loop gain ที่ความถี่ประมาณ 60MHz จะมี gain=1 หรือ 0dB โดยที่ phase margin เท่ากับ 0 องศา ซึ่งหากดูแกน y ทางขวามือจะแสดงค่า phase shift ระหว่าง input ไป output คือ 180 องศา
อธิบายให้เข้าใจกฎการมองแบบง่ายๆ ซึ่งถ้าวงจรเปลี่ยนไป กราฟมันก็จะเปลี่ยนตามไปด้วยวิธีดีที่สุดคือทำ simulation เพื่อดูแนวโน้มหรือต่อจริงแล้ววัดเลย แล้วก็ยังเน้นว่า capacitive load มีผลทำให้วงจรขาดเสถียรภาพโดยมันไปทำการเลื่อนผลตอบสนองทางเฟสของวงจร
อ้อวิธีแก้อีกวิธีลองเอา C คล่อมที่ R feedback แล้วก็อีกอัน C decoupling ที่ขา +V -V ก็ควรระวังกับ opamp บางชนิด
ดูวงจรเขาให้ดีด้วยครับ วงจรแต่คนมันต่างกัน แล้วพวกประเภทที่ชอบใช้ opamp slew rate สูงๆเป็น 1000 ก็ระวังเรื่อง oscillate ให้ดีด้วยละครับ opamp พวกนี้เป็น current feedback ใช้กฎ opamp ธรรมดามาออกแบบไม่ได้ เอามาถอดเสียบก็ต้องระวังซวย
