¿Cuál es el propósito de este amplificador operacional?

El amplificador U1 ayuda a que el circuito sea lo más "ideal" posible. En la celda de pH, las impedancias involucradas son muy altas y cualquier variación de idealidad se refleja en los resultados.

El "desafío" se da en la siguiente sección de la nota de la aplicación:

• La salida del amplificador U1, que se configura en una configuración de ganancia unitaria, desvía la referencia Electrodo del electrodo de pH con el mismo voltaje, 512 mV, a baja impedancia.

  El electrodo de medición de pH producirá una tensión que se monta sobre esta tensión de polarización de 512 mV. En Efecto, el circuito cambia la señal del electrodo de pH bipolar a un Señal unipolar para uso en un sistema de suministro único.

es decir, cualquier error en este voltaje se refleja directamente en el voltaje de salida como un error en la lectura de pH.

La impedancia de la fuente de las resistencias de 2 x 10 k en serie es de 5 K (Reffectivo = R1 x R2 / (R1 + R2)). Si la celda cargara esto con una impedancia de 1 megohm, el cambio en el voltaje real sería 5k // 1 M = 0.005 = 0.5%. La carga con 10 Megohm daría un error de 0.05%, etc. Esto no suena mucho (y no es mucho) pero la sensibilidad de la célula es de 1 mV por pH. Entonces 5/1000 x 512 mV ~ = 2.5 mV o 2.5 error de pH. Y 10 megohm carga = 0,25 error de pH. Incluso 100 megohm de carga = 0.025 error de pH.

Si se lee el pH hasta 0.1 unidades de pH, un error de 0.025 pH es 1/4 de "bit". Si se leyó el pH a 0.01 unidades, entonces 0.025 pH = 2.5 "bits", ¡y eso es con 100 solo megohm de carga!

Reduciendo R1 & R2 a 1 k o 100 ohmios ayudaría, a costa del aumento del drenaje de corriente U1 proporciona una mejor solución a un costo aceptable.

La hoja de datos del opamp LMP7721 se anuncia con una corriente de polarización de entrada extremadamente baja. La corriente de polarización de entrada es la corriente que entra en los terminales de entrada de un operador. El modelo ideal de opamp dice que es cero, pero no está en la práctica.

En la mayoría de los casos no es un problema. Pero aquí se trata de fuentes de impedancia muy alta. Las fuentes de alta impedancia significan que no se puede extraer ninguna corriente de ellas. Como acabo de decir, un opamp dibuja corriente también. ¿Por qué me molestaría?

Bueno, el electrodo de pH es probablemente de muy alta impedancia (espero megaohmios). La impedancia de entrada de un ADC simple de un microcontrolador PIC o AVR es como 10k. Si imagina una fuente de voltaje, un divisor de resistencia de 1M y 10k y conecta la 'salida' de ese divisor al muestreador real del ADC, ¿qué voltajes cree que medirá? Creo que no mucho ..

Además, si dibuja 50nA a través de una resistencia de 1MEG, se genera un voltaje (caída) de 50mV. Esto puede ser muy significativo.

Este opamp particular tiene una gran impedancia de entrada. El error que causa esta operación con su corriente de polarización de entrada es muy pequeño. El opamp es capaz de proporcionar suficiente corriente para impulsar su ADC.

El divisor de resistencia de la referencia es una historia similar. ¡Una corriente de carga de 1uA en R1 significará una caída de 10 mV, que es más del 2%! El uso de un opamp resolverá este problema.

No conozco la configuración física de los electrodos en su ejemplo, pero la única situación en la que podría ver mucho beneficio para U1 sería si hubiera alguna fuente de fuga de corriente dentro o fuera del circuito, y la mayoría de tales la fuga se concentraría en el electrodo unido a la salida del amplificador operacional. Por ejemplo, si hubiera una fuga a tierra de 100K desde la señal que ahora está vinculada a la salida de U1, tendría poco efecto con el circuito dibujado. Sin embargo, si se omitiera U1, esa fuga de 100 K reduciría el voltaje de referencia de 512 mV en aproximadamente un 5%. Eso podría causar un error grave en los cálculos.

Si la configuración física de los electrodos es tal que la fuga se concentrará en la correcta, el circuito dibujado podría ser muy útil. De lo contrario admitiré que no veo mucho propósito.

Se requiere un suministro de electrodo de referencia de baja impedancia, por lo que la caída de voltaje en la interfaz electrodo-líquido es lo más baja posible.

U1 está en una configuración conocida como seguidor de voltaje o buffer. Solo produce Vout = Vin, pero con la ventaja de que puede proporcionar cualquier valor actual, positivo o negativo (dentro de las limitaciones). Esto significa que puede generar o descargar cualquier cantidad de corriente (dentro de las limitaciones).

En cambio, si toma la salida directamente del nodo divisor, cualquier corriente que fluya dentro o fuera de ella cambiará su potencial: no será una constante como desee.