Jaki jest wpływ asymetrii napięcia zasilania w topologiach wzmacniacza wzmacniacza?

Jaki jest wpływ przesunięcia napięcia na jednym z wejść napięcia zasilającego opampa na jego funkcjonalne zachowanie ( może być dodatnie lub ujemne)?$\Delta V$$\Delta V$

Załóżmy, że projektuję nieodwracający wzmacniacz o$R_1 = 100k\Omega$ i$R_2 = 1k\Omega$. Napięcia zasilania są;$V_+ = +5.0V$ i $V_- = -4.5V$. A mój opamp to MCP6V31 . Jakie będzie napięcie wyjściowe, jeśli moje napięcie wejściowe to napięcie sinusoidalne 1 kHz, 10 mV międzyszczytowe?

Powyższe odpowiedzi są pod pewnymi względami niezadowalające. Andy ma niepoprawne założenia i obliczenia, podczas gdy „symbol zastępczy” zasadniczo mówi ci, że nie można powiedzieć nic konkretnego… co nie jest prawdą.

Błędem Andy'ego jest założenie, że w przykładzie liczbowym PSRR należy rozpatrywać przy 1 kHz, ale tak naprawdę należy go rozpatrywać w DC, biorąc pod uwagę następujące stwierdzenie problemu (cytuję na wypadek, gdyby zmieniło się bez powiadomienia [ponownie]):

Załóżmy, że projektuję wzmacniacz nieodwracający o R1 = 100kO i R2 = 1kO. Napięcia zasilania są; V + = + 5,0 V i V - = - 4,5 V. A mój opamp to MCP6V31. Jakie będzie napięcie wyjściowe, jeśli moje napięcie wejściowe to napięcie sinusoidalne 1 kHz, 10 mV międzyszczytowe?

Na podstawie wykresu spodziewalibyśmy się około -90dB PSRR przy 0 Hz (DC), co przełożyłoby się na przesunięcie około 3mV DC na wyjściu. Dla podanego sygnału wejściowego, który będzie ledwo zauważalny, ponieważ wyjście będzie miało składową AC 1Vp-p. Jeśli jednak upuścisz sygnał wejściowy do 10 mikrowoltów pp, przesunięcie DC na wyjściu spowodowane niewyważeniem szyny z pewnością będzie zauważalne. Dowód LTspice.

Pytanie zadane:

Teraz spadek sygnału wejściowego do dziesięciu mikrowoltów pp.

Teraz na wyjściu jest widoczne przesunięcie DC. Aby Cię przekonać, że jest to spowodowane głównie brakiem równowagi zasilacza, poniżej dzieje się, jeśli użyjesz idealnie zbalansowanych szyn przy tym samym sygnale wejściowym 10 mikrowoltów.

Jest tu także pewne przesunięcie spowodowane innymi nieidealnymi właściwościami wzmacniacza operacyjnego (wejściowe napięcie przesunięcia, wejściowe prądy polaryzacji wejściowej), ale jest to znacznie mniej niż to, które było spowodowane niewyważeniem szyny zasilającej.

Oczywiście można również wcześniej zaczepić na szynie ujemnej, jeśli jest ona bardziej przesunięta w górę (biorąc pod uwagę wystarczająco duży sygnał wejściowy). Nie dodam do tego wykresu, ponieważ jest to dość oczywiste.

Jeśli szyny zasilające poruszają się w górę i w dół, możesz zobaczyć, jak to wpływa na wzmacniacz, patrząc na wykres współczynnika odrzucenia zasilacza (PSRR):

Wziąłem ten obraz z arkusza danych i dla sygnału 1kHz nałożonego na szynę zasilającą (dodatnią lub ujemną) jest 45dB odrzucenia. Oznacza to, że jeśli 1Vp-p 1kHz znajduje się na szynie zasilającej, na wejściu występuje napięcie równoważne:

$V_{INPUT} = 10^{(\frac{-45}{20})} = 5.62mV_{P-P}$

Jeśli twoje wzmocnienie to jedność, zobaczysz to napięcie na wyjściu. Jeśli twoje wzmocnienie wynosi 10, zobaczysz dziesięć razy to napięcie.

EDYCJA Ściśle mówiąc, powinieneś użyć wzmocnienia nieodwracającego, aby określić szum zasilacza widoczny na wyjściu wzmacniacza operacyjnego. Oznacza to, że dla odwróconej konfiguracji wzmacniacza operacyjnego ze wzmocnieniem zaledwie 0,01 szum na zasilaniu na wyjściu jest mnożony przez 1,01, a nie 0,01. Napięcie wejściowe 1Vp-p 1kHz podawane przez wzmacniacz odwracający ze wzmocnieniem 0,01 wytworzy moc wyjściową 10 mVp-p, a jeśli PSRR przy 1 kHz wynosi 45 dB, a na każdej szynie zasilającej jest 1 kHz 1 Vp-p, nadal będzie praktycznie 5,62 mVp-p szumu na wyjściu, co zepsuje sygnał.

PSRR na wikipedii

Asymetria szyn jest trudna do ustalenia bez znajomości wewnętrznej topologii wzmacniacza operacyjnego. Wiele osób uważa, że ​​wzmacniacz operacyjny jest wzmacniaczem operacyjnym, ale w rzeczywistości istnieje wiele różnych wdrożeń i technologii oraz kompromisów.

Nie dostaniesz ostatecznych odpowiedzi (chyba że czai się tutaj projektant), ale ogólnie asymetria przejawia się na dwa sposoby. Pierwszym jest przesunięcie sygnału, przy przesuniętej szynie zakres działania jest również przesunięty, jeśli masz wzmacniacz operacyjny od szyny do szyny i przesuwasz szynę, wówczas sygnał również się porusza.

Drugi problem przejawia się w produktach zniekształcających, często wewnętrzny obwód ma komplementarną funkcjonalność, jedna odnosi się do górnej szyny, a druga odnosi się do dolnej szyny, a obie mają nieco inne punkty pracy, gdy sygnał przechodzi przez różne reżimy działania wzmacniacz operacyjny, pojawiają się różne efekty i objawiają się głównie jako produkty zniekształcające (lub różnice szybkości narastania).

Aby to w pełni zrozumieć, musisz przestudiować wzmacniacz operacyjny o wiele bardziej, niż potrzebujesz.

Większość ograniczeń jest osadzona w karcie danych. Jeśli wiesz, co robisz, możesz uzyskać od niego wskazówki dotyczące wewnętrznej topologii.