¿Cómo usar correctamente un amplificador operacional?

Su recorte de la segunda hoja de datos está en mV, no en voltios, y el rango de salida es relativo a los voltajes de suministro. Por lo tanto, con un suministro de 4.8V y una carga de 5K (a 0V), el rango de salida linear es de 0.1 a 4.7V. Si modifica la entrada y la salida a 2.4V, puede obtener 4.6Vp-p. La salida del amplificador operacional no puede exceder (o incluso cumplir) los voltajes de alimentación.

Si la entrada tiene una polarización de 2.4V, su rango de entrada es de -0.3 a 3.6V, por lo que solo puede manejar un voltaje de entrada de 2.4Vp-p = (3.6-2.4V) * 2, basado en el rango de entrada, sin embargo, también debe asegurarse de que la salida no se sature.

Su circuito tiene una ganancia de +3.2, por lo que el voltaje de entrada debe estar dentro del rango de +/- 0.71875V o 1.4375Vp-p, que dará como resultado el rango completo de salida, por lo que el rango de entrada no es limitante.

Puede usar prácticamente cualquier amplificador operacional en una sola fuente de alimentación siempre que tenga suficiente voltaje de alimentación y que haya sesgado la entrada dentro del rango de trabajo y que tenga en cuenta el rango de salida disponible.

En general, para un circuito de baja potencia, desearía utilizar resistores de valor más alto que los que muestra. Está cargando la salida con 5K || (2.2K + 1K) que es inferior a 5K, obviamente, por lo que la oscilación de salida no está garantizada. Normalmente, puede ir al menos 10 veces más alto para las resistencias de realimentación, tal vez considerablemente más. Si puede aumentar la carga a 25K o 100K, y aumentar las resistencias de realimentación en 100: 1, sería mejor. Es posible que tenga que agregar un pequeño capacitor a través de R3 para asegurar la estabilidad si va muy alto con las resistencias.

Creo que resolví el enigma.

Tomar un proyecto como este y usar amplificadores operacionales en esta medida, como buscar características que normalmente no se verían en la universidad como corriente de sesgo de entrada , Vom , Vcm , etc.

Intentar cambiar todos estos términos tiende a confundirme y sobreescribir un poco las cosas básicas que sabía sobre los amplificadores operacionales.

Cuando fui introducido por primera vez \ $ V_ {OM} \ $ y \ $ V_ {CM} \ $ por alguna razón, me hice creer como si \ $ V_ {in} \ $ y \ $ V_ {out} \ $ no violó el \ $ V_ {OM} \ $ y \ $ V_ {CM} \ $, entonces el clipping no debería existir. ESTO ES INCORRECTO

Lo que no tuve en cuenta es la caída de voltaje que el op-amp tiene internamente debido a su arquitectura del op-amp.

Lo que significa que ningún amplificador operacional puede ir de riel a riel a menos que sea perfecto (no hay caída de voltaje en las partes internas).

Para el problema anterior es un amplificador no inversor de fuente de alimentación única, lo que significa que requiere un sesgo para oscilar "negativo"

Para referencia:

por lo tanto, su 4.576V - 2.288V - 0V

\ $ V_ {DD_ {pp}} \ $ = 4.576V \ $ V_ {DD_ {p}} \ $ = 2.288V

A través de experimentos, encontré que la caída de voltaje del amplificador está alrededor de ~ 1.616Vpp

Haremos 2 escenarios de casos donde,

input_1 = 860mVpp

Input_2 = 1.14Vpp

Ganancia = 3.2

Input_1: 860mVpp

VCM:

-0.3 < \ $ V_ {IN} \ $ < 3.376

Vin:

1.858 < \ $ V_ {IN} \ $ < 2.718

Vin está dentro del rango de Vcm

VOM:

-15.424 < \ $ V_ {OUT} \ $ < 15

0.912 < \ $ V_ {OUT} \ $ < 3.664

Vo está dentro del rango de Vcm

Usted esperaría que su señal se comporte como predijo.

Input_2: 1.14Vpp

VCM:

-0.3 < \ $ V_ {IN} \ $ < 3.376

Vin:

1.658 < \ $ V_ {IN} \ $ < 2.798

Vin está dentro del rango de Vcm

VOM:

-15.424 < \ $ V_ {OUT} \ $ < 15

0.404 < \ $ V_ {OUT} \ $ < 4.052

Vo está dentro del rango de Vcm

Usted esperaría que su señal se comporte como predijo, pero no lo es .

En mi osciloscopio, se recorta a 2.96Vpp pero esperamos que la salida sea 1.14Vpp * 3.2 = 3.648Vpp? Lo que está sucediendo es la caída de voltaje del amplificador operacional.

Como se mencionó anteriormente, la caída de voltaje del amplificador operacional fue de ~ 1.616Vpp, por lo que al hacer los cuentos matemáticos

VDD -Vod = 4.576 - 1.616 = 2.96Vpp !! Básicamente, esto nos dice a lo que realmente puede conducir nuestro op-amp. Lo que todo tiene sentido ahora.

Esencialmente, lo que un amplificador operacional dice de riel a riel significa que al menos lo que puedo ver es que su Vin y Vout generalmente nunca violarán los op-amps VOM y VCM's

Esta es la razón por la que cuando aumento VDD ~ 6.1V funciona, ya que el amplificador operacional puede aumentar hasta la salida esperada de 3.648Vpp de la siguiente manera:

Vdd - Vod = 6.1 - 1.616 = 4.484 ya que el nuevo límite del op-amp es ahora 4.484Vpp y desde 3.648Vpp < 4.484Vpp puedes verlo en la salida.

  

Vpk-pk = 3.6 - (- 0.3) = 3.9V.
  ¿Significa que la entrada Vpk-pk es adecuada?

Posiblemente. El punto medio del rango de CM no es Vdd / 2 aquí, sino 3.9 / 2 = 1.95V. Esto permitiría entonces una señal de entrada de hasta 3.9Vpp. . Sin embargo, su ganancia recortaría la salida.

La salida permanece en el rango lineal si la salida no está recortada. Se define para el recorte simétrico a 100 mV de ambos rieles de suministro en función de las cargas > 5k conectadas a VL = 2.5V. Esto se debe a que los amplificadores operacionales riel a riel de CMOS tienen una resistencia al clipping del orden de 250 ohmios en el controlador Nch o Pch. Si la carga va a Vss = 0, entonces hay menos abandono por encima de Vss pero más abandono por debajo de Vdd, ya que ahora hay el doble de la corriente en comparación con las especificaciones con [email protected]

Vin {pp} * Av = 1.2 * 2.4 = 3.84Vpp encajará en el rango de salida lineal cuando la entrada y la referencia de diferencia sean comunes (diferencial cero) cerca de la mitad del rango de CM. (Recuerda cerca de 2V para tu suministro) También funciona para Vdd / 2 = Vcm bias en este ejemplo.

Consejo: use valores R min de 25k para retroalimentación y carga combinada

La resistencia de salida de todos los amplificadores operacionales se reduce por la ganancia de retroalimentación negativa. Pero los resultados de recorte en la pérdida total de retroalimentación negativa. Dado que el FET aumenta en RdsOn cuando Vgs reduce lo que aquí es Vdd, se sabe que aumenta rápidamente por debajo de 5V al igual que la lógica de la familia CD4000 hacia 1kOhm y superior en Vdd min.