Cosa fanno le guide mobili (spostamento di tensione sulle guide) a un opamp?

Dal momento che ho trascorso buona parte della mia carriera nel tentativo di ottenere le rotaie di Opamp il più saldamente possibile alla loro tensione prevista, non ho davvero passato del tempo a pensare a cosa accadrebbe se le rotaie si allontanassero da un valore fisso. Dal momento che ho studiato solo brevemente il funzionamento interno degli amplificatori operazionali, non sono così sicuro di poter trovare una risposta definitiva.

Quindi, cosa succede al segnale se le rotaie si muovono? (diciamo solo che si muove lentamente, come meno di 5Hz, forse uno spostamento di 1 V di volta in volta) È più di un semplice taglio a diversi livelli?

In teoria, OpAmp dovrebbe funzionare bene, indipendentemente da ciò che l'offerta sta facendo.

Mentre lasciamo il modello teorico di un OpAmp (ricordate che non ci sono nemmeno pin di alimentazione sul simbolo di base, solo IN +, IN- e OUT), dobbiamo considerare sempre più dettagli introdotti dal circuito reale.

Molti saranno ovviamente ovvi per te, ma fidati di me - alla fine arriveremo a una risposta.

Innanzitutto, l'uscita non può mai superare la tensione fornita all'amplificatore.

Quindi, la performance peggiora quando l'uscita sta cercando di spingere o tirare la tensione vicino alle rotaie. Questo, ovviamente, dipenderà fortemente dal design dell'OpAmp - e gli amplificatori Rail-to-Rail promettono di fornire tutta la tensione disponibile all'uscita.

Finché osserviamo un OpAmp alimentato a corrente continua, funzionerà qualsiasi segnale che rientri nelle specifiche dell'oscillazione massima di uscita e che sia possibile fornire all'OpAmp tutte le tensioni positive e negative consentite dalla scheda tecnica (l'una rispetto all'altra e a massa, ma nota che OpAmp non ha modo di sapere dove sia effettivamente la terra; fornire +3 V e -7 V non è affatto un problema - e il tuo amplificatore cercherà di rimanere funzionante in questo intervallo di 10 V).

Le fonti di corrente interne, gli stadi differenziali e i driver di uscita sono progettati in modo tale che OpAmp annulli le variazioni sulle guide di alimentazione il più rapidamente possibile.

Solo se le variazioni sui binari di alimentazione cambiano abbastanza rapidamente, inizierai a notare un effetto. Di solito, questo si colloca tra qualche 100 Hz e circa 10 kHz.

E la parte migliore: è specificato nella scheda tecnica; cercare PSRR (rapporto di rifiuto dell'alimentatore).

Il valore è di solito molto elevato per le frequenze CC / basse (60 ... 120 dB) e inizia a degradare con quella che sembra una semplice caratteristica passa-basso sopra un certo punto. Si noti che stiamo parlando di rifiuto , quindi in realtà è un passaggio alto anche se la pendenza scende sul diagramma:

Si noti che il testo nell'immagine dice: ± 15 V - quindi cosa viene effettivamente fatto ai pin di alimentazione di OpAmp?

Come con qualsiasi buona specifica della scheda tecnica, c'è anche un circuito di prova che ti dice come viene misurato:

Questo spiega anche perché ci sono due linee nel diagramma (-PSR e + PSR). Le fonti di corrente interne dell'OpAmp, ad esempio, a volte alimentano i loro carichi dall'alimentazione positiva, a volte all'alimentazione negativa, e il design interno non è assolutamente simmetrico.

Prendi il buon vecchio 741 come esempio:

Solo lo stadio di uscita all'estrema destra è simmetrico, tutto il resto no. Parti più avanzate seguiranno ancora questo principio di base in una certa misura.

In breve: per le frequenze DC e basse, guarda le specifiche DC (rail-to-rail con quali limiti di guadagno e distorsione?). Per frequenze più alte, guarda PSRR. Se si applica un passaggio alla volatilità di alimentazione, si ha una miscela, poiché un passaggio è composto da una parte ad alta frequenza oltre all'ovvio salto da un livello CC a un altro livello CC, con conseguente disturbo all'uscita causato da qualsiasi valore superiore -frequenza parte del passaggio che non può essere rifiutata da OpAmp.

Ciò che non ho trattato qui potrebbe essere risolto nel tutorial MT-043 di Analog Devices . Questo è anche il luogo da cui ho preso le immagini (ad eccezione del circuito 741).

Sì, ci sono effetti AC. La scheda tecnica dell'amplificatore operazionale dovrebbe specificare un Rapporto di rifiuto dell'alimentatore che fornisca il massimo effetto che una variazione dell'alimentatore avrà sull'uscita. È una cifra piuttosto elevata - anche l'antico 741 ha una cifra tipica nell'intervallo di 90 dB - ma può essere significativo se la variazione dell'uscita produce quindi ulteriori variazioni nella tensione di alimentazione e quindi crea un circuito di retroazione che potrebbe causare oscillazioni.

Ovviamente, come ti rendi conto, questo si aggiunge a tutti gli effetti diretti come il fatto di affidarsi al funzionamento rail-to-rail di ingressi e uscite.

C'è una risposta accettata, ma volevo menzionare un esempio specifico: amplificatori di potenza audio.

Questi sono generalmente alimentati da binari non regolamentati. Aspettatevi un'increspatura di diversi volt alla frequenza di rete CA rettificata, spesso più a seconda delle esigenze attuali. Quando i diodi raddrizzatori non conducono, il che è per la maggior parte del tempo, la tensione di alimentazione diminuisce in base alla corrente di uscita divisa per il valore del grande condensatore di alimentazione.

Inoltre, la tensione della rotaia varierà a seconda dell'ampiezza del segnale. Durante l'ascolto, le parti più rumorose assorbiranno più corrente, riducendo la tensione del binario. Le parti silenziose no. In tal modo la tensione della rotaia oscilla nella regione di 0,1-2 Hz oltre alla frequenza di rete rettificata.

Questi amplificatori sono generalmente implementati come opamp discreti, il che consente a diversi trucchi di aumentare il PSRR. Un opamp discreto ha un terminale GND, quindi i nodi interni più sensibili all'alimentazione possono essere bypassati a terra per mezzo di un condensatore economico. Il condensatore di compensazione è una delle principali fonti di cattiva PSRR negli opamp, poiché deve essere riferito a una delle forniture. In un opamp discreto, questo può essere mitigato.

Il risultato è che puoi ottenere un'enorme ondulazione sulle rotaie senza alcun problema. In effetti, gli amplificatori di potenza con binari regolati sono molto esotici, riscontrati solo in dispositivi audiofili megabuck e, realisticamente, uno spreco di denaro.

Quindi ecco un esempio di vita reale;)

cosa succede al segnale se le rotaie si muovono? (diciamo solo che si muove lentamente, come meno di 5Hz, forse uno spostamento di 1 V di volta in volta) È più di un semplice taglio a diversi livelli?

LF PSRR è enorme, quindi non succede nulla.

Gli Opamp hanno un PSRR HF basso, e quindi non amano il disaccoppiamento che crea squilli HF sui materiali di consumo o altre fonti di rumore HF come regolatori di commutazione mal filtrati. La variazione della tensione di alimentazione LF non dovrebbe importare affatto. Forse la tensione di offset potrebbe spostarsi a causa degli effetti termici, ma questo dovrebbe essere minuscolo.