Ảnh hưởng của sự bất đối xứng điện áp cung cấp trong cấu trúc liên kết khuếch đại opamp là gì?

Ảnh hưởng của a là gì thay đổi điện áp tại một trong những đầu vào điện áp cung cấp của một opamp về hành vi chức năng của nó ( có thể là tích cực hay tiêu cực)? $\Delta V$ $\Delta V$

Giả sử rằng, tôi đang thiết kế một bộ khuếch đại không đảo ngược với và . Điện áp cung cấp là; và . Và opamp của tôi là MCP6V31 . Điện áp đầu ra sẽ là gì, nếu điện áp đầu vào của tôi là điện áp hình sin 1kHz, đỉnh cực đại 10mV? $R_1 = 100k\Omega$ $R_2 = 1k\Omega$ $V_+ = +5.0V$ $V_- = -4.5V$ nhập mô tả hình ảnh ở đây

— hkBattousai
nguồn

Câu trả lời:

Các câu trả lời ở trên đều không đạt yêu cầu theo một số cách. Andy có giả định và tính toán không chính xác, trong khi về cơ bản "giữ chỗ" cho bạn biết không có gì có thể nói cụ thể ... đó không phải là trường hợp.

Lỗi của Andy là giả sử rằng trong ví dụ bằng số, PSRR sẽ được xem xét ở mức 1kHz, nhưng thực tế nó cần được xem xét tại DC khi đưa ra tuyên bố vấn đề sau (tôi sẽ trích dẫn trong trường hợp nó thay đổi mà không cần thông báo lại [)]:

Giả sử rằng, tôi đang thiết kế một bộ khuếch đại không đảo với R1 = 100kO và R2 = 1kO. Điện áp cung cấp là; V + = + 5.0V và V - = - 4.5V. Và opamp của tôi là MCP6V31. Điện áp đầu ra sẽ là gì, nếu điện áp đầu vào của tôi là điện áp hình sin 1kHz, đỉnh cực đại 10mV?

Vì vậy, từ biểu đồ, chúng tôi mong đợi khoảng -90dB PSRR ở 0Hz (DC), sẽ chuyển thành khoảng 3V DC bù ở đầu ra. Đối với tín hiệu đầu vào đã nêu sẽ khó nhận thấy vì đầu ra sẽ có thành phần AC là 1Vp-p. Tuy nhiên, nếu bạn giảm tín hiệu đầu vào xuống 10 microvolts pp, phần bù DC trong đầu ra gây ra bởi sự mất cân bằng đường ray chắc chắn sẽ rất đáng chú ý. Chứng minh bằng LTspice.

Câu hỏi như đã hỏi: nhập mô tả hình ảnh ở đây

Bây giờ giảm tín hiệu đầu vào xuống mười microvolts pp. nhập mô tả hình ảnh ở đây

Có một phần bù DC có thể nhìn thấy ở đầu ra ngay bây giờ. Chỉ để thuyết phục bạn rằng nguyên nhân chủ yếu là do mất cân bằng nguồn điện, dưới đây là những gì xảy ra nếu bạn sử dụng đường ray cân bằng hoàn hảo ở cùng tín hiệu đầu vào 10 microvolts. nhập mô tả hình ảnh ở đây

Ở đây cũng có một số bù do các đặc tính không lý tưởng khác của op-amp (điện áp bù đầu vào, dòng điện phân cực đầu vào), nhưng nó ít hơn nhiều so với nguyên nhân gây ra bởi sự mất cân bằng đường ray điện.

Rõ ràng bạn cũng có thể cắt clip sớm hơn trên đường ray âm nếu điều đó được dịch chuyển lên đáng kể hơn (đưa ra tín hiệu đầu vào đủ lớn). Tôi không thêm một biểu đồ cho điều đó vì nó khá rõ ràng.

— Fizz
nguồn

Nếu các đường ray điện di chuyển lên và xuống, bạn có thể thấy điều này ảnh hưởng đến bộ khuếch đại bằng cách nhìn vào biểu đồ tỷ lệ loại bỏ nguồn điện (PSRR): -

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Tôi lấy hình ảnh này từ bảng dữ liệu và cho tín hiệu 1kHz được đặt chồng lên đường ray công suất (dương hoặc âm) có 45dB từ chối. Điều này có nghĩa là nếu 1Vp-p 1kHz nằm trên đường ray điện, có một điện áp tương đương ở đầu vào của: -

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

Nếu mức tăng của bạn là thống nhất thì bạn sẽ thấy điện áp này ở đầu ra. Nếu mức tăng của bạn là 10, bạn sẽ thấy điện áp này gấp mười lần.

EDIT Nói một cách nghiêm túc, bạn nên sử dụng mức tăng không đảo để xác định tiếng ồn cung cấp điện được thấy ở đầu ra của op-amp. Điều này có nghĩa là đối với cấu hình op-amp đảo ngược với mức tăng chỉ 0,01, tiếng ồn cung cấp điện trên đầu ra được nhân với 1,01 chứ không phải 0,01. Điện áp đầu vào 1Vp-p 1kHz được cung cấp qua bộ khuếch đại đảo ngược với mức tăng 0,01 sẽ tạo ra đầu ra 10mVp-p và nếu PSRR ở 1kHz là 45dB và có 1kHz 1Vp-p trên đường ray công suất, thì vẫn sẽ gần như 5,62mVp-p của nhiễu trên đầu ra và điều này sẽ làm hỏng tín hiệu.

PSRR trên wikipedia

— Andy aka
nguồn

IMHO, OP có nghĩa là tín hiệu đầu vào là 1kHz, không phải là nhiễu cấp nguồn.

— johnfound

@johnfound Tín hiệu đầu vào của Op là 1kHz, do đó, có ý nghĩa để nói PSRR ở mức 1kHz!

— Andy aka

Không, nó không có. Nhiễu trong đường dây điện rất hiếm khi có các đặc tính tần số giống như tín hiệu trên đầu vào của bộ khuếch đại. Để có trong các đường dây điện 50Hz hoặc 30..40kHz là rất phổ biến, trong khi để có 1kHz là gần như không thể.

— johnfound

@johnfound Kịch bản trường hợp xấu nhất là khi nhiễu công suất có cùng tần số với đầu vào - nếu đây là 1kHz hoặc 100kHz thì không vấn đề gì - câu trả lời tôi đưa ra là một ví dụ. Tôi cũng có thể chỉ ra rằng nhiều khả năng nhìn thấy 100Hz hơn 50Hz (vì đó sẽ là tần số gợn từ bộ chỉnh lưu cầu). Tôi nghĩ rằng bạn đang chia tóc bây giờ.

— Andy aka

Vâng, bạn chỉ đúng về vấn đề 100Hz. : P

— johnfound

Bất đối xứng đường sắt rất khó xác định mà không biết cấu trúc liên kết bên trong của op-amp. Rất nhiều người nghĩ rằng op-amp là op-amp, nhưng thực tế có nhiều triển khai và công nghệ khác nhau và sự đánh đổi.

Bạn sẽ không nhận được câu trả lời dứt khoát (trừ khi nhà thiết kế đang ẩn nấp ở đây), nhưng nói chung, sự bất cân xứng biểu hiện theo hai cách. Đầu tiên là chuyến tham quan tín hiệu, với đường ray dịch chuyển, phạm vi hoạt động cũng được dịch chuyển, nếu bạn có đường ray sang đường ray op-amp và bạn di chuyển đường ray thì tín hiệu cũng sẽ di chuyển.

Vấn đề thứ hai thể hiện ở các sản phẩm biến dạng, thường là mạch bên trong có chức năng bổ sung, một tham chiếu đến đường ray trên và bên kia được tham chiếu đến đường ray dưới và cả hai có điểm hoạt động hơi khác nhau, khi tín hiệu di chuyển qua các chế độ hoạt động khác nhau của op-amp, hiệu ứng khác nhau bật lên và biểu hiện chủ yếu dưới dạng các sản phẩm biến dạng (hoặc chênh lệch tốc độ xoay).

Để hiểu đầy đủ điều này, bạn cần nghiên cứu op-amp nhiều hơn bạn thực sự cần.

Hầu hết các ràng buộc được nhúng trong bảng dữ liệu. Nếu bạn biết những gì bạn đang làm, bạn có thể nhận được gợi ý về cấu trúc liên kết nội bộ từ đó.

— giữ chỗ
nguồn