Những thông số nào của một amp op thực xác định điện áp thấp nhất mà nó có thể khuếch đại?


7

Tôi đang cố gắng khuếch đại tín hiệu AC 0,5mV (từ khoảng 4kHz-8kHz, được tạo ra bởi micrô điện tử) đến khoảng 50mV. Tôi đang nghĩ đến việc sử dụng một bộ khuếch đại đảo ngược sử dụng op-amp LM58.

Bảng dữ liệu nói rằng nó có điện áp bù đầu vào là 2mV. Có nghĩa là không thể khuếch đại tín hiệu theo thứ tự 2mV?

Nói chung, các thông số mà tôi nên tìm kiếm khi cố gắng thiết kế bộ khuếch đại cho loại ứng dụng này là gì?


1
Nói chung, họ có thể khuếch đại tất cả các điện áp đầu vào, tuy nhiên câu hỏi là tác động của chúng lớn như thế nào so với các tạp âm khác có ở nhiều nơi khác nhau.
PlasmaHH

Thế còn đạt được? Nó có thể khác quá nhiều so với lý tưởng?
Ibraheem Moosa

opamp lý tưởng có lợi ích vô hạn, vì vậy tôi mong muốn mọi thực hiện vật lý đó sẽ khác với lý tưởng đó.
PlasmaHH

Tôi có nghĩa là mức tăng của bộ khuếch đại đảo ngược được tính toán giả sử op amp là lý tưởng.
Ibraheem Moosa

Câu trả lời:


11

Những thông số nào của một amp op thực xác định điện áp thấp nhất mà nó có thể khuếch đại?

Đó là tất cả về tỷ lệ tín hiệu (mong muốn) so với nhiễu (không mong muốn) (SNR). LM58 có nhiễu điện áp đầu vào tương đương 55 nV mỗi sqrt (Hz). Bây giờ có lẽ nghe có vẻ khó hiểu nhưng nó không phải là. Giả sử băng thông của bạn là 10kHz1 - tổng tiếng ồn sẽ là 55 nV x sqrt (10.000) = 5,5 uV RMS.

Nếu mức tín hiệu của bạn là 500 uV thì SNR của bạn là 20 log (500 / 5.5) = 39 dB.

điều này có chấp nhận được không? Tôi không biết nhưng sẽ ổn khi nói chuyện qua điện thoại.

Có nghĩa là không thể khuếch đại tín hiệu theo thứ tự 2mV?

Không có con số 2mV nào cho bạn biết rằng với mức tăng 100, bạn sẽ thấy điện áp bù đầu ra (lỗi) 0,2V - điều này thường không phải là vấn đề trong bộ khuếch đại AC.


1 Nhà thiết kế đã kết hợp với bộ lọc để loại bỏ nhiễu đủ trên 10 kHz - ví dụ bộ lọc bậc 1 (một tụ điện đơn giản trên điện trở phản hồi cài đặt khuếch đại) thường là đủ nhưng đối với loại bộ lọc này, "băng thông nhiễu" sẽ lớn hơn một chút so với xác định bởi các thành phần CR (π/2to hơn). Nói cách khác, bộ lọc 10kHz sẽ có băng thông nhiễu 15,7 kHz và điều này sẽ làm tăng nhiễu từ 5,5 uV RMS lên 6,9 uV RMS.


5.5uV sẽ nhiều hơn thì OK. Tôi sẽ đo điện áp bằng ATMega32 ADC với bước 5mV. Tôi nghĩ rằng tôi có thể xử lý phần bù trong mã.
Ibraheem Moosa

2
Hãy nhớ rằng 5,5 uV được khuếch đại bởi 100 và nó không tạo ra độ lệch - đó là nhiễu được đặt lên trên tín hiệu mong muốn của bạn. Bạn cần phải nắm bắt điều đó. 200 mV là phần bù (giá trị không đổi) nhưng 5,5 uV (x 100) là nhiễu có tần số từ dưới 20 Hz đến hơn 10 kHz.
Andy aka

8

Không, LM58 sẽ không hoạt động cho ứng dụng của bạn như được mô tả. Nhưng không phải do điện áp bù đầu vào.

Điện áp bù đầu vào là điện áp phải được đặt trên các đầu vào đầu vào để đầu ra bị buộc về 0V (hoặc bất cứ điều gì đầu ra được đề cập đến và những gì bạn chọn là mặt đất). Đó có thể không phải là mô tả hữu ích nhất, vì vậy tôi thực sự muốn thấy điện áp bù đầu vào trong mạch.

Điện áp bù đầu vào có thể được coi là một điện áp nối tiếp với một (nhưng không phải cả hai) của các đầu vào. Không quan trọng cái nào và điện áp bù có thể là cực tính và rơi ở bất kỳ vị trí nào trong phạm vi được chỉ định trong bảng dữ liệu. Đây là một nguồn gây ra lỗi DC , vì bất cứ điều gì bạn khuếch đại sẽ là điện áp bạn quan tâm đến ± điện áp bù đó nối tiếp với một trong các đầu vào. Vì vậy, ngay cả khi bạn đang khuếch đại 500 DrakeV, và phần bù của bạn là trường hợp xấu nhất khoảng 2mV và bạn muốn tăng 100, thì đầu vào 0V sẽ dẫn đến 0,2V trên đầu ra. 500VV trên đầu vào sẽ dẫn đến 0,25V trên đầu ra. Đó chắc chắn là khuếch đại tín hiệu, nhưng chỉ có lỗi đó được đặt lên trên nó.

Vì vậy, điện áp bù đầu vào chỉ đơn giản là, bù điện áp DC luôn luôn có mặt và sẽ được khuếch đại cùng với bất cứ thứ gì khác ở đầu vào. Nếu bạn quan tâm đến việc đo một mức điện áp DV cụ thể và cần khuếch đại đó, thì phần bù thực sự là một vấn đề rất thực tế. Tuy nhiên, khi khuếch đại tín hiệu AC, đó không phải là vấn đề lớn. Nó sẽ làm giảm phạm vi động và mức tăng tối đa của bạn, vì 2mV điện áp DC sẽ là 2V trên đầu ra với mức tăng 1000, do đó, phạm vi 2V của bạn có thể dao động, do đó việc cắt có thể xảy ra.

Tin xấu là điện áp bù này sẽ khá ngẫu nhiên ngay cả giữa các thiết bị được chế tạo trên cùng một wafer. Một người có thể là 2mV, 1mV khác, ai biết được. Tệ hơn, bù đắp trôi theo thời gian và nhiệt độ.

Tin tốt là điều này góp phần gây ra lỗi DC. Bạn đang khuếch đại tín hiệu AC. Nó sẽ được ghép nối AC. Hãy nhớ rằng, phần bù DC chỉ có thế - một điện áp DC mà tín hiệu AC sẽ được đặt lên trên. Chặn thành phần DC bằng tụ điện sẽ để lại cho bạn tín hiệu AC.

Vì vậy, chỉ với ý nghĩ đó, LM58 sẽ hoạt động hoàn hảo. Chỉ, nó sẽ không. Nó quá chậm. Lấy làm tiếc. Nó có một sản phẩm băng thông đạt được 0,7 MHz. Điều đó có nghĩa là mức tăng của nó giảm xuống 1 ở tần số đó. Vì mức tăng của bạn là 100, nó sẽ chỉ có thể khuếch đại tín hiệu có tần số 7000Hz (700.000Hz / 100) trở xuống. Tín hiệu ở trên sẽ thấy mức tăng đáng kể ít hơn 100 lần, điều đó có nghĩa là bạn sẽ có độ méo phụ thuộc tần số đáng kể trên đầu ra.

Bây giờ, nếu bạn có thể giải quyết mức tăng ít hơn một chút, như 80 thay vì 100, thì bạn có thể giữ lại mức khuếch đại đầy đủ trên dải tần số mong muốn của mình. Trong trường hợp đó, LM58 sẽ hoạt động tốt. Cũng tốt". Nó có rất nhiều biến dạng chéo, nhưng tôi nghi ngờ rằng đó sẽ là một sự suy giảm đáng kể về độ trung thực của âm thanh khi đầu vào của bạn là một micrô điện tử. Điều đó có nghĩa là, LM58 là một bộ khuếch đại âm thanh khá nhảm nhí, nhưng nó hoạt động rất tốt nếu âm thanh của bạn thậm chí là crappier, mà nó chắc chắn sẽ đến từ một micro điện tử phạm vi hẹp.

Giảm mức tăng của bạn xuống 80 và không mong đợi âm thanh chất lượng CD hoặc bất cứ điều gì, và sau đó LM58 sẽ hoạt động tốt.

Bên cạnh sản phẩm băng thông đạt được (có lẽ là thông số quan trọng nhất để khuếch đại tín hiệu AC, nếu nó quá thấp, thì đơn giản là bạn không thể sử dụng op amp đó và sẽ cần tìm một tín hiệu nhanh hơn. Nhưng miễn là bạn không hỏi để vượt qua điều này, nó dừng lại đặc biệt quan trọng. Đó là một tham số toàn bộ hoặc không có gì), những thứ như CMRR (đó là cách op amp sẽ từ chối các tín hiệu phổ biến cho cả hai đầu vào - nói cách khác, tất cả đều là crap mà ISN ' T tín hiệu), nhiễu điện áp đầu vào và tăng điện áp vào một tải có lẽ khá quan trọng.

Nhiễu điện áp đầu vào được khuếch đại bởi mức tăng của bạn giống như tín hiệu và độ lệch của bạn, vì vậy nếu nhiễu đầu vào của bạn là 50 daoV, thì giống như giới hạn cứng mà bạn đang tưởng tượng là điện áp bù. Bất kỳ tín hiệu nào có 50 50V hoặc ít hơn sẽ bị nhấn chìm trong nhiễu và sẽ có các biến thể ngẫu nhiên của 50 daoV và mọi nơi bên dưới liên tục được đặt trên điện áp đầu vào, vì vậy hãy ghi nhớ điều đó. Tôi thích tưởng tượng nhiễu, bù, tất cả những thứ đó là nguồn điện áp nối tiếp với đầu vào, và thực sự, chúng có thể được mô hình hóa theo cách đó. Nhưng tôi thấy nó cũng giúp tôi từ một vị trí hiểu biết trực quan.

Độ tăng điện áp, thường được đo bằng các đơn vị có vẻ ngớ ngẩn như V / mV, là mức tăng bạn có thể mong đợi với một lượng tải nhất định trên đầu ra. Nhiều ampe kế sẽ bắt đầu mất rất nhiều khuếch đại nếu bạn bắt đầu yêu cầu chúng lái quá tải trở kháng, vì vậy chỉ cần kiểm tra để chắc chắn.

Dù sao, op amps rất dễ sử dụng hơn một chút và có ít thông số quan trọng hơn nếu bạn đang sử dụng chúng trong một ứng dụng khuếch đại AC. Miễn là nó không quá chậm, không quá ồn và đầu vào có thể điều khiển trở kháng đầu vào và đầu ra của opamp có thể điều khiển bất kỳ trở kháng nào đang tải đầu ra, bạn thường sẽ không gặp phải bất ngờ nào. Mọi thứ trở nên khó khăn hơn rất nhiều nếu bạn đang sử dụng chúng cho các công cụ DC.


1
Sản phẩm băng thông đạt được thường là 1,1 MHz. Con số 700 kHz (trường hợp xấu nhất) được áp dụng với điện dung đầu ra là 100 pF và tải 2 kohm, có thể hơi quá mức cho chỉ một bộ khuếch đại tín hiệu. Tôi chắc chắn sẽ xem xét sử dụng amp tốt hơn nếu cần hiệu suất tốt hơn.
Andy aka

1

Việc chuyển đổi tín hiệu từ 0,5mV thành 50mV đòi hỏi mức tăng 100. 2mV của phần bù đầu vào trên opamp sẽ làm thay đổi đầu ra của amp bằng số lần tăng đó để trong trường hợp này có thể đóng góp tới 200mV DC cho tín hiệu . Giá trị bù này có thể là -200mV hoặc + 200mV tùy thuộc vào độ phân cực của phần bù đầu vào và cấu hình khuếch đại của đảo ngược hoặc không đảo.

Nếu bạn có thể ghép tín hiệu AC sang giai đoạn tiếp theo thì phần bù này có thể không đáng quan tâm miễn là tín hiệu được khuếch đại vẫn ở giữa phạm vi đầu ra của bộ khuếch đại.

Nếu bạn yêu cầu tín hiệu ghép DC thì bạn có thể chọn loại khuếch đại tốt hơn với điện áp bù tối đa nhỏ hoặc bạn có thể thiết lập điều chỉnh nulling bù với trimpot để loại bỏ bù khuếch đại.


1

Từ câu hỏi của bạn, bạn rõ ràng đạt được 100.

Các VÔiSthuật ngữ cũng sẽ nhân với mức tăng đó, do đó, đầu ra bộ khuếch đại sẽ có độ lệch DC là +/- 200mV (điển hình ở 25C) nhưng nó có thể cao tới +/- 700mV. Lưu ý rằng phần bù DC đầu ra có thể là dương hoặc âm.

Nếu phần bù này không đáng lo ngại vì tín hiệu ac 50mV sẽ không tiếp cận đường ray điện khi đi trên phần bù này với điều kiện bạn cung cấp cho thiết bị một nguồn cung cấp phù hợp để đảm bảo đầu ra không tiếp cận đường ray dương gần hơn 1,5V và đường ray âm bằng 2V, bạn sẽ ổn nếu bạn chỉ quan tâm đến tín hiệu ac ở đầu ra.

Lưu ý rằng vì điện trở phản hồi tối đa thường được sử dụng là khoảng 100k, điện trở đầu vào sẽ là 1k và đây là tải mà tín hiệu đầu vào của bạn sẽ thấy; bạn sẽ cần đảm bảo tín hiệu đầu vào của bạn có thể điều khiển tải này.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.