OP-AMP genera voltaje constante sin entradas

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Tengo un OP-AMP 741 IC estándar. Cuando no hay nada conectado a la entrada inversora, nada conectado a la entrada no inversora, un riel de 5v conectado a v +, y v a tierra, la salida tiene un voltaje constante ligeramente menor que el voltaje de alimentación. Tengo entendido que la salida debe ser de cero voltios, ya que la diferencia entre la entrada inversora y la entrada no inversora es cero. ¿Por qué no es este el caso?

También he intentado conectar a tierra la entrada inversora y la entrada no inversora, y he obtenido los mismos resultados.

    
pregunta USER_RESU

4 respuestas

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Peter Bennett tiene un punto sobre los voltajes mínimos y máximos que pueden estar presentes en las entradas, pero no estoy seguro de que sea el problema aquí. En primer lugar, podemos ver el comportamiento de su amplificador operacional. Sin entrada, es conducido a los rieles, como se llama. Básicamente, el rango máximo de un amplificador operacional es su voltaje de alimentación positivo y negativo, menos una pequeña cantidad, lo que se conoce como espacio libre. Para los amplificadores operacionales modernos, el espacio libre suele ser inferior a un voltio. Para los amplificadores operacionales más antiguos, como el 741, el espacio necesario para los circuitos internos es mucho más. Esto debe especificarse en la hoja de especificaciones, si tiene curiosidad. Recomiendo enlace como fuente para eso, aunque siempre puede obtener hojas de datos en el sitio web del fabricante. Eso describe la tensión de salida que está viendo desde el amplificador operacional. Voltaje del riel menos cierta cantidad de altura, probablemente un voltio o menos. Aunque no describe por qué lo estás viendo. Para esto, deberás aprender cómo funciona realmente un amplificador operacional, y en qué lugar se diferencia de un modelo real.

Aunque no estoy seguro de cuál es su fondo de electrónica, parece que está esperando que la salida de su amplificador operacional se comporte algo como \ $ v ^ + - v ^ - = v_ {out} \ $ . Ese es un buen modelo mental del amplificador operacional, pero le falta un elemento, la ganancia. Un mejor modelo matemático es \ $ K (v ^ + - v ^ -) = v_ {out} \ $, donde K es un número. Un número realmente grande. Como, 100,000 o más (está en la hoja de especificaciones. Busque el producto de ancho de banda de ganancia). Un op-amp real no puede generar un voltaje fuera del rango de su voltaje de alimentación, por lo que se está conduciendo a los rieles con fuerza. Lo que puede hacer (y agregaré algunos esquemas más adelante) es agregar retroalimentación negativa al circuito, lo que disminuye la ganancia a un nivel más manejable. Para una diferencia directa, desea que la ganancia sea 1.

Finalmente, queremos saber por qué el amplificador operacional está generando un voltaje. Para eso, necesitas saber aún más sobre las no idealidades de los amplificadores operacionales. Básicamente, todo lo que hay dentro de ese cachorro son transistores. Si recuerdo el esquema 741, estás viendo unos 14 BJT. Creo que Wikipedia tiene un artículo que muestra el esquema, si lo desea. En la entrada del 741 se encuentra lo que se llama un amplificador diferencial. Esto toma la diferencia entre las dos entradas y genera el resultado, donde luego se almacena temporalmente, lo más probable. El problema es que esto requiere al menos cuatro transistores BJT, y cada transistor será diferente. Esto crea pequeños sesgos dc pequeños en el amplificador diferencial, por lo que incluso si conectara los pines \ $ v ^ + \ $ y \ $ v ^ - \ $ juntos, aún vería el op-amp conectado a los rieles. Con una ganancia de 100,000, incluso 1 microvoltio de diferencia es un gran error.

Como nota aparte, el 741 es un paquete de ocho pines. Echa un vistazo a la hoja de especificaciones, y verás que dos de ellas, si recuerdo, están etiquetadas como offset nulo. Estos pines realmente se utilizan para compensar ligeramente el amplificador diferencial, eliminando ese error en la salida. Los nuevos amplificadores operacionales son mucho más precisos y ya no necesitan ofrecer esa funcionalidad. Aún así, no recomendaría anular el amplificador operacional sin reducir esa ganancia primero.

Te voy a golpear con algo grande.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

¡WHAM! Robé ese diagrama de enlace . Dale a toda la cadena de artículos una lectura, es realmente genial. Este es un circuito de amplificador operacional que se puede usar para tomar la diferencia de dos entradas. Es un poco para analizar si no tienes muchos antecedentes en electrónica. De un vistazo rápido en mis viejos libros de texto, la salida de ese circuito es algo del orden de $$ v_ {out} = \ frac {v_2 * R_1 (R_3 + R_4) - v_1 * R_4 (R_1 + R_2)} {R_3 (R_1 + R_2)} $$ Este es un circuito bastante elemental, y deberías poder encontrarlo fácilmente en cualquier universidad o libro de texto de nivel universitario, o en línea. Básicamente, si desea que su operación de resta con una ganancia de 1, haga que todas las resistencias sean iguales (recomiendo las resistencias de 10K). La ecuación se reduce a \ $ v_ {out} = v_2 - v_1 \ $.

    
respondido por el Jason_L_Bens
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En resumen, esto se debe a las imperfecciones en el opamp que están naturalmente presentes. Opamp 741 tiene un voltaje de compensación incorporado, que está presente entre las entradas de inversión y no de inversión. Este pequeño voltaje de compensación cuando se amplifica por la ganancia del circuito abierto del opamp satura el voltaje de salida. Aquí hay una buena descripción de la causa y también la manera de eliminar este voltaje de compensación de su circuito. enlace

    
respondido por el user34018
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El 741 está diseñado para funcionar con suministros de +/- 15 voltios, y en esas condiciones, las entradas no deben estar dentro de 2 a 3 voltios de los pines de suministro. ¡Esto no deja mucho espacio para la operación en un suministro de 5 voltios!

Sin embargo, puede obtener una salida sensible si conecta las entradas juntas, y a un divisor de voltaje que las mantiene a 2,5 voltios (sin embargo, no hay garantías, ya que está intentando usar la cosa). bien fuera de sus especificaciones de diseño).

Use suministros bipolares más altos, o encuentre un amplificador operacional diseñado para usarse con un solo suministro de 5 voltios.

    
respondido por el Peter Bennett
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Su amplificador operacional está saturado a un valor de salida máximo, además de que está operando muy por debajo de los voltajes de suministro recomendados.

Hay algunas cosas mal con tu suposición. Primero, las entradas no conectadas están "flotando", y si ambas entradas están flotando, eso no significa que sean "iguales".

A continuación, está en lo cierto al afirmar que la salida de un amplificador operacional de bucle abierto es la diferencia entre los terminales de entrada multiplicada por una ganancia. El problema es que la ganancia de bucle abierto es muy grande, generalmente alrededor de \ $ 10 ^ 5 \ $, y en el ideal, \ $ \ infty \ $. Cuando multiplicas un número muy pequeño, digamos 1 mV (que no es un voltaje de polarización irrazonable para un 741), multiplicado por $, la respuesta puede ser muy grande. \ $ 1 \, mV \ times 10 ^ 5 = 100V \ $, y saturará su salida. Probablemente vería este comportamiento incluso si conectara a tierra sus entradas, en lugar de dejarlas flotando.

    
respondido por el Scott Seidman

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