アンプの発振

質問

お世話になります。
添付の回路で前段の+入力、後段の出力をオシロでモニタしようとしています。
入力はGND～3.3Ｖ、10kHz程度のパルス波をファンクションジェネレータより入力します。
この回路でファンクションジェネレータを接続しただけで発振してしまいます。
ファンクションジェネレータを未接続にすると発振しません。
発振理由はなんでしょうか？
プローブは、入力抵抗Rp＝10MΩ、入力容量Cp＝10pFの汎用的なものを使用しています。

また、ファンクションジェネレータ未接続時の発振していない状態で前段のアンプが
発熱しています。発熱理由が検討もつかない状態で困っています。

何かアドバイスだけでも頂けないでしょうか？宜しくお願いします。

回答No.5

xpopo

回答NO.4です。回答NO.４の補足内容への補足です。

　前段のヴォルテージバッファ回路の帰還抵抗R3を変化させた時の動作を調べてみました。
１）抵抗R3を　Rfというパラメータに置き換えて　パラメトリックAC解析（http://yahoo.jp/box/oVTa6L）を行いました。Rfを750Ω、1kΩ、2.2kΩ、4.7kΩと変化させてます。＋入力と－入力間の浮遊容量は10pFとしてます。

　結果からピーキングはRf＝750Ωの時が最大で4.7ｄB、Rf=1kΩで2.4dB、RF=2.2kΩで2.2ｄB、Rf=4.7kΩで3.2dBとRfを増やすとピーキングが下がります。ただRf＝1kΩ以外はピーキング周波数から下のかなり広い周波数範囲でゲインがマイナスに下がってしまってます。
　と言うことで、Rf＝R3=1kΩ1を選択します。そうするとピークが2.4ｄBまで下がるので発振の可能性はぐっとさがります。

２）確認のためにトランジェント解析（http://yahoo.jp/box/Jq7mWz）も行ってみました。

　結果を見ると、波形にはオーバーシュートやアンダーシュートが見られませんので安定に動作してるのが確認できました。

３）その他気になる点として
　Vcc、VeeのデカップCは上でアップロードした回路図に示すようにC3,C4,C5,C6（全て0.01uF程度のセラミックコンデンサ）をICの電源端子の根元近くに配置されてますか？これが無いと回路が不安定になる一因となります。

最後に、広帯域CFB（電流帰還型）OPアンプの技術的な解説情報（下記）について参照ください。
ADMT-057 TUTORIAL:High Speed Current Feedback Op Amps（http://www.analog.com/static/imported-files/tutorials/MT- 057.pdf）のページ３に

R2（シミュレーションした回路ではR3に相当)を最適値から大きくするとバンド幅は狭まり、小さくすると高い周波数の寄生ポールにより発振して不安定になってしまいます。（原文： Increasing R2 from its optimum value lowers the bandwidth, and decreasing it may lead to oscillation and instability because of high frequency parasitic poles. )
　とあり、電圧帰還型OPアンプの場合とは逆に帰還抵抗R3を下げたら不安定になりますので１kΩに上げてみました。
また、同じページ３の最後に：
　ゲインが＋１で起きるピーキングは主に非反転モードで使われる広帯域CFB（電流帰還型）OPアンプの典型です。このピーキングは少し大きいフィードバック抵抗を使って帯域幅を犠牲にすることで減らす事ができます。（原文：The peaking which occurs at a gain of +1 is typical of wideband CFB op amps used in the non-inverting mode, and is due primarily to stray capacitance at the inverting input. This peaking can be reduced by sacrificing bandwidth, by using a slightly larger feedback resistor.)
　とありますので、ピーキングを下げて発振しないようにR3を1kΩに上げました。

お礼

詳細までご回答いただき有難うございます。

基板化しておらずユニバーサルボード上で回路を組みました。
ジャンパー線だらけですので、配線容量を懸念していました。
高速オペアンプだと配線の容量だけでも影響があるようですね。

アドバイスいただいた回路で実験してみたいと思います。
大変勉強になりました。

回答No.4

xpopo

回答NO.1です。回答の補足です。

AD811を使ったシミュレーション（http://yahoo.jp/box/1OCOIK）を行ってみました。このシミュレーションではSGと前段の間をつなぐケーブルの等価インダクタンスをL1(10nH)として挿入してます。またOPアンプU1とU2のそれぞれの＋入力と－入力の間の浮遊容量を10pFと仮定してます。またU1の帰還抵抗R3を820Ωに増加させてます（帯域幅を狭めて少し安定な方向になるように）。
　対策としてケーブルの対GND容量C3を5pF、10pF、20pF、40pFそして80pFと変化させて周波数特性をシミュレーションしてみました。
　結果Cin＝20pFで前段のヴォルテージフォロワーの周波数特性がフラットになり安定になることが分かります。C3をこの値より小さくすると200MHzあたりのピークが増加して不安定になり発振しやすくなる事が分かります。
　また、R1については75Ωでも結果は殆ど変わりませんでした。それからSGの信号源インピーダンスは50Ωに設定してあります。

　結論として、U1の入力の浮遊容量を10pFと仮定した場合はR1に並列に20pF以上のコンデンサを追加することで対策できそうだということになります。

回答No.3

bogen555

AD811はデータシートを見ると「電流帰還（current feedback）型」オペアンプだから、
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD811.pdf
周辺の抵抗、特にRFBはp.12 Table 3を参考にする必要があります。
この場合は、800Ω→510Ωにして、ついでに200Ω→130Ω程度にしたらどうでしょうか？
また、各出力－GND間には150Ωを付けた方が良いでしょう。

アナログデバイセズのICに関しては専用BBSがあるんで、そちらで聞けば専門家が答えてくれます。
https://bbs.ednjapan.com/ADI/
専門家の責任ある回答が得られるから、そちらで聞くことを薦めます。
ただし、今週は抽選でこれがもらえる（多分全部で100台）無料セミナー開催中なんで、答えが遅れるかも知れません。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-07738/

お礼

ご回答有難うございます。

800Ω→510Ω、200Ω→130Ω、出力負荷150Ωとして実験してみます!
専用BBSはまだ使ったことがありません。
熟練の方々ばかりなので今まで敬遠していました。

回答No.2

gn_drive

初段の非反転増幅回路にしては入力並列抵抗が大き過ぎます。
10Kのプローブをつないで入力したいなら入力部の10kは取り、入力側に入れた方が良いです。
また初段の750は750で良いので、グランドに落とさなければなりません。
非反転回路の常識です。AD811のサンプル回路Fig41でも非反転回路の一般的な回路でも良いので、良く見てください。直ぐに判ると思います。

Figure 41. A Video Line Driver Operating at a Gain of +2を参考にした方が良いです。
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD811.pdf

http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/13/13501/13501_step25.pdf

次にOPアンプの後段に抵抗無しで接続するのは駄目です。OPアンプの出力は低インピーダンスなので、後段OPアンプとの間に10Kで良いので入れてください。これで如何でしょうか？

お礼

ご回答有難うございます。
初段のアンプはボルテージフォロアで使用しています。
後段OPアンプとの間に10Kで試してみたいと思います!

回答No.1

xpopo

今晩は。

１）
＞この回路でファンクションジェネレータを接続しただけで発振してしまいます。
＞ファンクションジェネレータを未接続にすると発振しません。
＞発振理由はなんでしょうか？

回答＞＞
考えられる原因として、
１．　前段の＋入力と－入力間に配線による浮遊容量として5pF程度負荷されていて、そのために前段のバッファーの周波数特性の遮断周波数（シミュレーションによると約150MHz）に＋5dBほどのピークが発生してしまうと考えられる。
２．　更に、ファンクションジェネレータから前段の入力までのケーブルに同軸ケーブルを使用していない場合にはファンクションジェネレータと入力の間にインダクタンス（30nF以上の）が存在してしまいそれによって遮断周波数でのピークを押し上げてしまい更に発振しやすい状況になってしまっている。

の２点が考えられます。対策としては、

１．に対しては＋入力と－入力の間の配線を極力離して配置して浮遊容量を抑える。また、バッファーの帰還抵抗の750Ωを510Ω程度に下げる。の2つが考えられます。

２．に対してはファンクションジェネレータと入力を75Ωの同軸ケーブルで結び、更に前段OPアンプの＋入力とGND間に接続されている10kΩの抵抗を75Ωに変更します。

２）
＞また、ファンクションジェネレータ未接続時の発振していない状態で前段のアンプが
＞発熱しています。発熱理由が検討もつかない状態で困っています。

回答＞＞
　これも前段のOPアンプが発振してる可能性が大きいですね。上記１）での対策が効けばこの問題も解決するように思います。