Inverter op-amp seguito da buffer. Perché?

In uno schema ho cercato di capire che mi sono imbattuto in questo sotto-circuito:

È un inverter operazionale seguito direttamente da un buffer. VIN proviene da un DAC in un microcontrollore e questo circuito produce un VOUT che è VIN negativo. L'amplificatore operazionale è fornito da binari positivi e negativi (non mostrati qui). Fin qui tutto bene.

Ma non vedo appieno la logica dell'utilizzo di OA2 in questo circuito. L'unica ragione che posso vedere è questa: senza il buffer (OA2) un carico improvviso su VOUT trarrebbe una corrente da VIN fino a quando il feedback OA1 dell'amplificatore operazionale si regola (circa 1µs). Con il buffer (OA2) non è più così. Lo sto capendo bene? Oppure mi sfugge qualcosa?

Hai ragione. Nella maggior parte dei casi questo è stupido, aggiunge la tensione di offset e utilizza un'altra parte. Molto probabilmente questa è solo la reazione istintiva di qualcuno, o seguire ciecamente una regola di "tamponare sempre il segnale" senza pensarci troppo. Non tutti gli schemi là fuori sono il risultato di un buon design.

Ci sono alcuni sottili vantaggi nel secondo opamp a solo buffer:

1. La corrente di retroazione attraverso R2 influisce sulla capacità di corrente di uscita totale di OA1. OA2 ha tutte le sue attuali capacità disponibili per guidare l'uscita.

   In questo caso con R2 di 10 kΩ, questo è un argomento debole poiché la corrente di feedback è così piccola rispetto alla capacità della maggior parte degli opamp. A volte un circuito come questo accade perché R2 era molto più basso in precedenza, e il secondo opamp non era stato rimosso dopo una modifica del progetto che ha sollevato R2.

2. OA2 protegge il segnale di ingresso dall'abuso del segnale di uscita. Vin vede l'impedenza fissa di R1 solo finché OA1 agisce in modalità ad anello chiuso. Se qualcosa carica Vout in modo che OA1 non riesca a portarlo alla tensione desiderata, l'ingresso negativo di OA1 non è più a 0 V e l'equivalente di Thevenin che Vin sta guidando cambia.

   In questo circuito, l'uscita di OA2 può essere abusata senza influire sull'uscita di OA1, che a sua volta non influenzerà Vin, forse . Il motivo per cui dico "forse" è che alcuni opamp hanno diodi back to back tra i loro ingressi. Non ho cercato il tuo opamp, quindi non so se questo è il caso qui. In tal caso, l'abuso di Vout tornerà all'input positivo di OA2, che tornerà a Vin.

   Questo è di nuovo un argomento debole dal momento che il caricamento di un'uscita Opamp nel punto in cui non può guidare fino alla tensione desiderata generalmente fa funzionare l'opamp fuori specifica.

Non ha molto effetto sulle prestazioni, tranne per renderlo un po 'più lento perché ci sono due poli nella funzione di trasferimento.

È probabile che il designer abbia avuto bisogno solo dell'amplificatore operazionale nel doppio e abbia scelto di fare qualcosa di benigno con l'amplificatore rimanente per tenerlo fuori dai guai. Questa è una situazione comune con LM324 quad e LM358 a doppio amplificatore.

Non esiste un equivalente economico comune dell'LM358 che ha un singolo amplificatore: qualsiasi altra parte tende ad essere più costosa e / o può essere limitata in qualche modo (come avere una tensione di alimentazione massima inferiore), quindi se un LM358 è abbastanza buono allora può anche usarlo e sprecare il secondo amplificatore.

Il "buffer" è proprio lì, come suggerisce il nome, "buffer" l'output.

Poiché OA1 fa parte di una rete di feedback, parte dell'output viene già utilizzato (perso tramite R2 e R1). Ciò significa che OA1 ha una capacità di azionamento inferiore. Quindi, se dovessi collegare OA1 a qualche altra parte di un circuito, potrebbero accadere cose indesiderate. OA2 semplicemente "segue" o "buffer" l'output di OA1 e ha un caricamento zero dell'output, quindi ha la piena capacità del drive. Questo "buffering" è comunemente visto e usato e rende il funzionamento del circuito più robusto e affidabile.

Inoltre, i buffer contano in termini di ritardo. Nella progettazione di circuiti sia digitali che analogici, i segnali ad alta velocità possono essere significativamente ritardati dagli elementi del circuito. A volte, vengono utilizzati più buffer, apparentemente senza scopo, tranne che per introdurre un ritardo. Questo di solito viene fatto in modo che due segnali "si incontrino di nuovo" nel dominio del tempo.

Quando l'alimentazione è accesa, ci dovrebbe essere poca differenza, come hanno osservato gli altri poster.

Tuttavia, quando viene spenta l'alimentazione, è meno probabile che la seconda variante abbia l'uscita di ritorno nell'ingresso e probabilmente renderà il carico di ingresso indipendente dalle connessioni di uscita. Per alcune applicazioni (audio?), Questa può essere una proprietà desiderabile. Se questo è davvero il caso qui dipende dal circuito interno dell'opamp in questione. Dato che viene fornito un tipo specifico, questo potrebbe effettivamente aver fatto parte del progetto.

Nello schema che hai disegnato, come altri hanno risposto, non c'è molto beneficio da questo layout.

Se tuttavia ci sono due diversi op-amp di modello e i valori della resistenza sono diversi, allora ci possono essere buoni motivi per usare un tale layout. Ho creato un circuito simile, che aveva bisogno di amplificare un segnale di frequenza relativamente alta, e quindi guidare l'uscita a un carico di 50 ohm. Queste due funzioni richiedono amplificatori operazionali con caratteristiche diverse. Per il primo op-amp, deve avere una larghezza di banda più elevata per consentirgli di amplificare un'alta frequenza senza alcuna perdita di guadagno alle alte frequenze. Per il secondo amplificatore operazionale, doveva avere una corrente di uscita nominale più elevata per poter pilotare un carico di 50 ohm alla massima tensione di uscita, ma non aveva bisogno di una larghezza di banda così elevata poiché aveva solo un guadagno di 1.