Jak prawidłowo używać wzmacniacza operacyjnego?

odkąd tu pisałem, nigdy nie byłem tak zagubiony w używaniu wzmacniaczy operacyjnych, słysząc nowe rzeczy, których nigdy wcześniej nie słyszałem (Vom, Vcm itp.). Zawsze myślałem, że OP AMPS to po prostu podłącz i będzie działać za każdym razem ... Bardzo źle.

Mam kilka pytań, które byłyby bardzo mile widziane, gdyby ktokolwiek z was mógł na nie odpowiedzieć, zanim je zadałem, tak, szukałem ostatnich 2 godzin na tym forum dla wcześniej zadanych pytań. Wciąż trochę zdezorientowany, ale to wyjaśniło niektóre rzeczy.

Aby zachować spójność, korzystałbym z tego OP AMP w całym tym przykładzie. MCP601

VCM: Zakres wejściowy trybu wspólnego

Oto, co rozumiem -Jego zakres, który MCP601 może z radością zaakceptować, nic nie pójdzie źle, jeśli ktoś przejdzie lub przekroczy te zakresy, zobaczysz nieoczekiwany błąd.

Przykład: Wejście = sygnał audio (1,2 V pk-pk) VDD = 4,8 V VSS = GND

VCM - górna granica = 4,8-1,2 = 3,6

VCM - dolny limit = 0-0,3 = -0,3

VCM - = 3,6 - (- 0,3) = 3,9 V.$V_{CM_{PP}}$

$V_{IN}$ - Dodatni cykl wejściowy = 600 mV + (VDD / 2) = 3

- ujemny cykl wejściowy = -600mV + (VDD / 2) = 1,8$V_{IN}$

= 1,2 Vpk-pk$V_{IN}$

Czy wejście Vpk-pk jest odpowiednie?

VOM: Swing napięcia wyjściowego

Oto, co rozumiem - jest to zakres, w którym MCP601 jest w stanie wysyłać przed obcinaniem.

Przykład: wejście = sygnał audio (1,2 V pk-pk) VDD = 4,8 V VSS = GND GAIN = 3,2

Odchylenie wejściowe = VDD / 2 RL = 5k

VOM - górna granica = 0 + 100 mV = 100 mV

VOM - dolna granica = 4,8-100 mV = 4,7 V.

VOM - = 4,7-100 mV = 4,6 V.$V_{OM_{PP}}$

- Dodatni cykl wejściowy = (3,2 * 600 mV) + (VDD / 2) = 4,32 V.$V_o$

- Ujemny cykl wejściowy = (3,2 * -600 mV) + (VDD / 2) = 0,48 V$V_o$

- V o P P = (4,32-0,48) = 3,84 V (przed odsprzęgaczem).$V_o$$V_{o_{PP}}$

$V_{CM}$$V_{OM}$

Jeśli ktoś może mi pokazać, jak naprawdę obliczyć VCM i VOM, co byłoby niesamowite, uważam, że w tej metodzie czegoś brakuje lub nie rozumiem jakiejś fundamentalnej logiki. Chciałbym zyskać zdolność rozumienia ograniczeń wejściowych i wyjściowych za pomocą tej metody.

Ta konfiguracja działa, jeśli zwiększę VDD do ~ 6.1V, jeśli ktokolwiek może wyjaśnić, dlaczego za pomocą obliczeń VCM i VOM mogę prawdopodobnie skorelować oba i prawdopodobnie usunę wszelkie pomyłki, które miałem.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Drugi wycinek z arkusza danych jest podany w mV, a nie w woltach, a zakres wyjściowy zależy od napięć zasilania. Zatem przy zasilaniu 4,8 V i obciążeniu 5 K (do 0 V) liniowy zakres wyjściowy wynosi od 0,1 do 4,7 V. Jeśli polaryzujesz wejście i wyjście przy 2,4 V, możesz uzyskać 4,6 Vp-p. Wyjście wzmacniacza operacyjnego nie może przekraczać (ani nawet spełniać) napięć zasilania.

Jeśli napięcie wejściowe jest spolaryzowane przy 2,4 V, twój zakres wejściowy wynosi od -0,3 do 3,6 V, więc możesz obsłużyć tylko napięcie wejściowe 2,4 Vp-p = (3,6-2,4 V) * 2, w zależności od zakresu wejściowego, jednak również należy upewnić się, że dane wyjściowe się nie nasycą.

Twój obwód ma wzmocnienie +3,2, więc napięcie wejściowe musi mieścić się w zakresie +/- 0,71875 V lub 1,4375 Vp-p, co da pełny zakres wyjściowy, więc zakres wejściowy nie jest ograniczony.

Możesz używać praktycznie dowolnego wzmacniacza operacyjnego na jednym zasilaczu, pod warunkiem, że masz wystarczające napięcie zasilania i podważasz wejście w zakresie roboczym i pod warunkiem, że pamiętasz dostępny zakres wyjściowy.

Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku obwodu o niskiej mocy chciałbyś zastosować rezystory o wyższej wartości, niż pokazano. Ładujesz dane wyjściowe 5 K || (2,2 K + 1 K), który jest mniejszy niż 5 K, oczywiście, więc zmiana wyjścia nie jest gwarantowana. Zwykle rezystory sprzężenia zwrotnego mogą być co najmniej 10 razy wyższe, może znacznie więcej. Jeśli możesz zwiększyć obciążenie do 25 K lub 100 K i zwiększyć rezystory sprzężenia zwrotnego o 100: 1, byłoby lepiej. Być może będziesz musiał dodać mały kondensator na R3, aby zapewnić stabilność, jeśli wejdziesz bardzo wysoko z rezystorami.

Myślę, że zrozumiałem zagadkę.

Podjęcie takiego projektu i wykorzystanie do tego celu wzmacniaczy operacyjnych, takich jak szukanie cech, których zwykle nie szuka się po wyjściu z uniwersytetu jako prądu polaryzacji wejściowej , Vom , Vcm itp.

Próba przerzucenia tych wszystkich terminów powoduje zamieszanie i trochę zastępuje podstawowe rzeczy, które wiedziałem o wzmacniaczach operacyjnych.

$V_{OM}$$V_{CM}$$V_{in}$$V_{out}$$V_{OM}$$V_{CM}$

To, czego nie uwzględniłem, to spadek napięcia, który ma wzmacniacz operacyjny wewnętrznie z powodu jego architektury.

Oznacza to, że żaden wzmacniacz operacyjny nie może przejść od szyny do szyny, chyba że jest idealny (brak spadku napięcia wewnątrz).

Dla powyższego problemu chodzi o nieodwracający wzmacniacz z pojedynczym zasilaczem, co oznacza, że ​​wymaga on odchylenia w celu zmiany „ujemnego”

Na przykład:

dlatego jego 4.576 V - 2.288 V - 0 V.

$V_{DD_{pp}}$$V_{DD_{p}}$

Poprzez eksperymenty stwierdziłem, że spadek napięcia wzmacniacza wynosi około ~ 1,616Vpp

Zrobimy 2 scenariusze przypadków, w których

input_1 = 860 mVpp

Input_2 = 1,14Vpp

Zysk = 3,2

Wejście_1: 860 mVpp

VCM:

$V_{IN}$

Vin:

$V_{IN}$

Vin znajduje się w zakresie Vcm

VOM:

$V_{OUT}$

$V_{OUT}$

Vo mieści się w zakresie Vcm

Spodziewałbyś się, że twój sygnał zachowa się zgodnie z przewidywaniami.

Input_2: 1.14Vpp

VCM:

$V_{IN}$

Vin:

$V_{IN}$

Vin znajduje się w zakresie Vcm

VOM:

$V_{OUT}$

$V_{OUT}$

Vo mieści się w zakresie Vcm

Można się spodziewać, że Twój sygnał zachowa się zgodnie z przewidywaniami, jednak tak nie jest .

Na moim oscyloskopie napięcie wynosi 2,96 Vpp, ale spodziewaliśmy się, że moc wyjściowa wyniesie 1,14 Vpp * 3,2 = 3,648 Vpp? To, co się dzieje, to spadek napięcia wzmacniacza operacyjnego.

Jak wspomniano powyżej, spadek napięcia wzmacniacza operacyjnego wyniósł ~ 1,616 Vpp, co czyni opowieści matematyczne

VDD -Vod = 4,576 - 1,616 = 2,96 Vpp !! To w gruncie rzeczy mówi nam, do czego może podnieść nasz wzmacniacz operacyjny. Co teraz ma sens.

Zasadniczo to, co mówi wzmacniacz operacyjny rail-to-rail, oznacza co najmniej to, co widzę, to to, że twoje Vin i Vout zwykle nigdy nie naruszają wzmacniaczy operacyjnych VOM i VCM

Właśnie dlatego, gdy zwiększę VDD ~ 6.1V, to działa, ponieważ wzmacniacz operacyjny może podnieść do oczekiwanej mocy wyjściowej 3.648Vpp w następujący sposób:

Vdd - Vod = 6,1 - 1,616 = 4,484, ponieważ nowy limit wzmacniacza operacyjnego wynosi teraz 4,484Vpp, a od 3,648Vpp <4,484Vpp można go zobaczyć na wyjściu.

Vpk-pk = 3,6 - (- 0,3) = 3,9 V.
Czy wejście Vpk-pk jest odpowiednie?

Możliwie. Punkt środkowy zakresu CM nie jest tutaj Vdd / 2, ale 3,9 / 2 = 1,95 V. Pozwoliłoby to na sygnał wejściowy do 3,9 Vpp. . Jednak Twój zysk zmniejszyłby wynik.

Wyjście pozostaje w zakresie liniowym, jeśli nie jest przycinane. Jest on zdefiniowany dla symetrycznego obcinania @ 100mV z obu szyn zasilających w zależności od obciążeń> 5k podłączonych do VL = 2,5V. Wynika to z faktu, że wzmacniacze operacyjne CMOS typu rail-to-rail mają rezystancję podczas przycinania rzędu 250 omów w sterowniku Nch lub Pch. Jeśli obciążenie osiągnie wartość Vss = 0, oznacza to mniejszy spadek powyżej Vss, ale większy spadek poniżej Vdd, ponieważ teraz jest dwa razy większy prąd w porównaniu ze specyfikacją z VL@2.5V

Vin {pp} * Av = 1,2 * 2,4 = 3,84Vpp zmieści się w liniowym zakresie wyjściowym, gdy wejściowe i różnicowe odniesienia będą wspólne (zerowa różnica) w pobliżu środka zakresu CM. (Pamiętaj o zasilaniu w pobliżu 2 V) W tym przykładzie działa to również dla odchylenia Vdd / 2 = Vcm.

Rada: użyj wartości R min 25k dla sprzężenia zwrotnego i obciążenia łącznie

Rezystancja wyjściowa wszystkich wzmacniaczy operacyjnych jest obniżana przez wzmocnienie ujemnego sprzężenia zwrotnego. Ale obcinanie powoduje całkowitą utratę negatywnych informacji zwrotnych. Ponieważ wzrost FET w RdsOn, gdy Vgs zmniejsza się, co tutaj jest Vdd, wiadomo, że gwałtownie wzrasta poniżej 5 V, podobnie jak logika rodziny CD4000 w kierunku 1kOhm i wyżej przy Vdd min.