Come usare correttamente un amplificatore operazionale?

da quando ho pubblicato qui non mi sono mai perso così tanto di usare op-amp prima di ascoltare cose nuove che non avevo mai sentito prima (Vom, Vcm ecc.). Ho sempre pensato che OP AMPS lo collegasse e funzionerà ogni volta ... Molto sbagliato.

Ho un paio di domande che sarebbero apprezzate se qualcuno di voi potesse rispondere, prima che io le abbia poste, sì, ho cercato le ultime 2 ore in questo forum per le domande precedenti che sono state poste. Ancora un po 'confuso ma ha chiarito alcune cose.

Per mantenere le cose coerenti, userei questo OP AMP in questo intero esempio. MCP601

VCM: intervallo di input della modalità comune

Ecco quello che ho capito -Il suo intervallo di cui l'MCP601 può accettare felicemente senza nulla andare storto, se uno dovesse andare oltre o al di sotto di questi intervalli, vedrai un errore imprevisto.

Esempio: Ingresso = Segnale audio (1,2 V pk-pk) VDD = 4,8 V VSS = GND

VCM - Limite superiore = 4.8-1.2 = 3.6

VCM - Limite inferiore = 0-0,3 = -0,3

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

- Ciclo positivo di ingresso = 600mV + (VDD / 2) = 3$V_{IN}$

- Ciclo negativo di ingresso = -600mV + (VDD / 2) = 1.8$V_{IN}$

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

Vuoi dire che l'ingresso Vpk-pk è adatto?

VOM: oscillazione della tensione di uscita

Ecco cosa ho capito: è la gamma di cui l'MCP601 è in grado di produrre prima del clipping.

Esempio: Ingresso = Segnale audio (1,2 V pk-pk) VDD = 4,8 V VSS = GND GAIN = 3,2

Bias di input = VDD / 2 RL = 5k

VOM - Limite superiore = 0 + 100mV = 100mV

VOM - Limite inferiore = 4.8-100mV = 4.7V

VOM - = 4.7-100mV = 4.6V$V_{OM_{PP}}$

- Ciclo positivo di input = (3.2 * 600mV) + (VDD / 2) = 4.32V$V_o$

- Ciclo negativo di input = (3.2 * -600mV) + (VDD / 2) = 0.48V$V_o$

- V o P P = (4.32-0.48) = 3.84V (prima del disaccoppiamento del cappuccio).$V_o$$V_{o_{PP}}$

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

Se qualcuno può mostrarmi come calcolare effettivamente VCM e VOM sarebbe sorprendente, credo che a questo metodo manchi qualcosa o non capisco alcune logiche fondamentali. Vorrei acquisire la capacità di comprendere i limiti di input e output con questo metodo.

Questa configurazione funziona se aumento VDD a ~ 6.1V se qualcuno può spiegare perché attraverso i calcoli VCM e VOM probabilmente posso correlare i due e probabilmente chiarirò eventuali confusioni che ho avuto.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Il secondo taglio del foglio dati è in mV non volt e l'intervallo di uscita è relativo alle tensioni di alimentazione. Pertanto, con un'alimentazione di 4,8 V e un carico di 5 K (a 0 V), l' intervallo di uscita lineare è compreso tra 0,1 e 4,7 V. Se si polarizzano l'ingresso e l'uscita a 2,4 V, è possibile ottenere 4,6 Vp-p. L'uscita dell'amplificatore operazionale non può superare (o addirittura soddisfare) le tensioni di alimentazione.

Se l'ingresso è distorto a 2,4 V, l'intervallo di ingresso è compreso tra -0,3 e 3,6 V, pertanto è possibile gestire solo una tensione di ingresso di 2,4 Vp-p = (3,6-2,4 V) * 2, in base all'intervallo di ingresso, tuttavia è anche possibile è necessario assicurarsi che l'output non sia saturo.

Il tuo circuito ha un guadagno di +3,2, quindi la tensione di ingresso deve rientrare nell'intervallo di +/- 0,71875 V o 1,4375 Vp-p, che produrrà l'intero intervallo di uscita, quindi l'intervallo di ingresso non è limitante.

È possibile utilizzare praticamente qualsiasi amplificatore operazionale su un singolo alimentatore, purché si disponga di una tensione di alimentazione sufficiente e si dia una polarizzazione dell'ingresso all'interno dell'intervallo di lavoro e si tenga presente l'intervallo di uscita disponibile.

In generale, per un circuito a bassa potenza, si desidera utilizzare resistori di valore superiore a quello mostrato. Stai caricando l'uscita con 5K || (2.2K + 1K) che è inferiore a 5K, ovviamente, quindi l'oscillazione dell'uscita non è garantita. Normalmente puoi andare almeno 10 volte più in alto per i resistori di feedback, forse molto di più. Se è possibile aumentare il carico a 25 K o 100 K e aumentare le resistenze di feedback di 100: 1, sarebbe meglio. Potrebbe essere necessario aggiungere un piccolo condensatore su R3 per garantire stabilità se si va molto in alto con i resistori.

Credo di aver capito l'enigma.

Adottare un progetto come questo e utilizzare gli amplificatori operazionali fino a questo punto, come cercare caratteristiche che di solito non cercheresti di uscire dall'università come corrente di polarizzazione dell'input , Vom , Vcm , ecc.

Cercare di destreggiarsi in tutti questi termini tende a confondermi e in qualche modo sovrascrivere le cose di base che sapevo sugli amplificatori operazionali.

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

Ciò di cui non ho tenuto conto è la caduta di tensione che l'amplificatore operazionale ha internamente a causa della sua architettura dell'amplificatore operazionale.

Ciò significa che nessun amplificatore operazionale può passare da rotaia a rotaia a meno che non sia perfetto (nessuna caduta di tensione all'interno).

Per il problema sopra è un singolo amplificatore non invertitore di alimentazione, il che significa che richiede un bias per oscillare "negativo"

Per riferimento:

quindi, i suoi 4.576V - 2.288V - 0V

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

Attraverso esperimenti, ho scoperto che la caduta di tensione dell'amplificatore era di circa 1.616 Vpp

Faremo 2 scenari di casi in cui,

input_1 = 860mVpp

Input_2 = 1.14Vpp

Guadagno = 3.2

Input_1: 860mVpp

vCM:

$V_{IN}$

Vin:

$V_{IN}$

Vin è nel raggio di Vcm

VOM:

$V_{OUT}$

$V_{OUT}$

Vo è nel raggio di Vcm

Ti aspetteresti che il tuo segnale si comporti come previsto.

Input_2: 1.14 Vpp

vCM:

$V_{IN}$

Vin:

$V_{IN}$

Vin è nel raggio di Vcm

VOM:

$V_{OUT}$

$V_{OUT}$

Vo è nel raggio di Vcm

Ti aspetteresti che il tuo segnale si comporti come previsto, tuttavia non lo è .

Sul mio oscilloscopio si aggancia a 2,96 Vpp ma ci aspettavamo che l'uscita fosse 1,14 Vpp * 3,2 = 3,648 Vpp? Quello che sta succedendo è la caduta di tensione dell'amplificatore operazionale.

Come accennato in precedenza, la caduta di tensione dell'amplificatore operazionale era ~ 1.616 Vpp, facendo così i calcoli matematici

VDD -Vod = 4.576 - 1.616 = 2.96Vpp !! Questo in sostanza ci sta dicendo a cosa può effettivamente arrivare il nostro op-amp. Che tutto ha un senso adesso.

In sostanza ciò che un amplificatore operazionale dice rail-to-rail significa almeno quello che posso vedere è che il tuo Vin e Vout di solito non violano mai gli amplificatori operazionali VOM e VCM

Questo è il motivo per cui quando aumento VDD ~ 6.1V funziona come l'amplificatore operazionale può effettivamente guidare fino all'uscita prevista di 3.648Vpp come segue:

Vdd - Vod = 6.1 - 1.616 = 4.484 poiché il nuovo limite dell'op-amp è ora 4.484Vpp e da 3.648Vpp <4.484Vpp lo puoi vedere sull'uscita.

Vpk-pk = 3,6 - (- 0,3) = 3,9 V.
Vuoi dire che l'ingresso Vpk-pk è adatto?

Possibilmente. Il punto medio della gamma CM non è Vdd / 2 qui ma 3,9 / 2 = 1,95 V. Ciò consentirebbe quindi un segnale di ingresso fino a 3,9 Vpp. . Tuttavia, il guadagno eliminerebbe l'output.

L'output rimane nell'intervallo lineare se l'output non è troncato. È definito per il clipping simmetrico @ 100mV da entrambe le guide di alimentazione in base a carichi> 5k collegati a VL = 2,5V. Questo perché gli amplificatori operazionali rail-to-rail CMOS hanno una resistenza al clipping nell'ordine di 250 Ohm su driver Nch o Pch. Se il carico va a Vss = 0, allora c'è meno dropout sopra Vss ma più dropout sotto Vdd poiché ora c'è il doppio della corrente rispetto alle specifiche con VL@2.5V

Vin {pp} * Av = 1.2 * 2.4 = 3.84Vpp si adatterà nell'intervallo di output lineare quando l'ingresso e il riferimento alla differenza sono entrambi comuni (differenziale zero) vicino al centro dell'intervallo CM. (Ricorda vicino a 2 V per la tua fornitura) In questo esempio funziona anche per il bias Vdd / 2 = Vcm.

Consiglio: utilizzare valori R min di 25k per feedback e carico combinati

La resistenza di uscita di tutti gli amplificatori operazionali viene ridotta dal guadagno di feedback negativo. Ma il clipping si traduce in una perdita totale di feedback negativo. Poiché la FET aumenta in RdsOn quando Vgs riduce quella che qui è Vdd, è noto che sale rapidamente al di sotto di 5 V proprio come la logica della famiglia CD4000 verso 1kOhm e superiore a Vdd min.