¿Cuál es el efecto de la asimetría del voltaje de suministro en las topologías de amplificadores opamp?

Las respuestas anteriores son insatisfactorias en algunos aspectos. Andy tiene una suposición y un cálculo incorrectos, mientras que el "marcador de posición" esencialmente le dice que no se puede decir nada concreto ... lo que no es el caso.

El error de Andy es suponer que, en el ejemplo numérico, el PSRR debe considerarse a 1 kHz, pero en realidad debe considerarse en el DC, dado el siguiente problema (cito en caso de que cambie sin previo aviso [otra vez] ):

  

Supongamos que estoy diseñando un amplificador no inversor con R1 = 100kO   y R2 = 1kO. Los voltajes de alimentación son; V + = + 5.0V y V - = - 4.5V. Y mi opamp   es MCP6V31. ¿Cuál será el voltaje de salida, si mi voltaje de entrada es   Tensión sinusoidal de 1 kHz, 10 mV pico a pico?

Por lo tanto, del gráfico esperaríamos aproximadamente -90dB PSRR a 0Hz (DC), lo que se traduciría en aproximadamente 3mV DC offset en la salida. Para la señal de entrada indicada, será apenas perceptible porque la salida tendrá un componente de CA de 1Vp-p. Sin embargo, si deja caer la señal de entrada a 10 microvoltios p-p, la desviación de CC en la salida causada por el desequilibrio del riel será notable. Prueba de LTspice.

La pregunta formulada:

Ahoradescargandolaseñaldeentradaadiezmicrovoltiosp-p.

Hay un desplazamiento de CC visible en la salida ahora. Solo para convencerlo de que se debe principalmente al desequilibrio de la fuente de alimentación, a continuación se muestra lo que sucede si utiliza rieles perfectamente equilibrados en la misma señal de entrada de 10 microvoltios.

Aquí también hay un desplazamiento causado por otras características no ideales del amplificador operacional (voltaje de desplazamiento de entrada, corrientes de polarización de entrada), pero es mucho menor que el causado por el desequilibrio del riel de alimentación.

Obviamente, también puede recortar antes en el riel negativo si se desplaza de manera más significativa (dada una señal de entrada lo suficientemente grande). No voy a agregar un gráfico para eso, ya que es bastante obvio.

Si los rieles de alimentación se mueven hacia arriba y hacia abajo, puede ver cómo afecta esto al amplificador si observa el gráfico de la relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR): -

Toméestaimagendelahojadedatosyparaunaseñalde1kHzsuperpuestaenelrieldealimentación(positivaonegativa)hay45dBderechazo.Estosignificaquesi1Vp-p1kHzestáenunrieleléctrico,hayunvoltajeequivalenteenlaentradade:-

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

Sisugananciaesdeunidad,veráestevoltajeenlasalida.Sisugananciaesde10,verádiezvecesestevoltaje.

EDITEstrictamentehablando,debeusarlaganancianoinversoraparadeterminarelruidodelafuentedealimentaciónqueseveenlasalidadeunamplificadoroperacional.Estosignificaqueparaunaconfiguracióndeinversióndeamplificadoroperacionalconunagananciadesolo0.01,elruidodelafuentedealimentaciónenlasalidasemultiplicapor1.01ynopor0.01.Unvoltajedeentradade1Vp-p1kHzalimentadoatravésdeunamplificadorinversorconunagananciade0.01produciráunasalidade10mVp-pysielPSRRa1kHzesde45dByhay1kHz1Vp-pencualquieradelosrielesdealimentación,virtualmentehabrá5.62mVp-pderuidoenlasalidayestovaaestropearlaseñal.

PSRR en wikipedia

Las asimetrías ferroviarias son difíciles de determinar sin conocer la topología interna del amplificador operacional. Mucha gente piensa que un amplificador operacional es un amplificador operacional, pero en realidad hay muchas implementaciones, tecnologías y compensaciones diferentes.

No obtendrás respuestas definitivas (a menos que el diseñador esté al acecho aquí), pero en general la asimetría se manifiesta de dos maneras. La primera es la excursión de la señal, con el riel cambiado el rango de operación también se desplaza, si tiene un riel a riel-amplificador operacional y mueve el riel, entonces la señal también se moverá.

El segundo problema se manifiesta en productos de distorsión, a menudo el circuito interno tiene una funcionalidad complementaria, uno con referencia al riel superior y el otro con referencia al riel inferior y ambos con puntos operativos ligeramente diferentes, a medida que la señal se mueve a través de diferentes regímenes de el funcionamiento del amplificador operacional, diferentes efectos emergentes y se manifiestan principalmente como productos de distorsión (o diferencias de velocidad de respuesta).

Para comprender completamente esto, deberías estudiar el amplificador operacional mucho más de lo que realmente necesitas.

La mayoría de las restricciones están integradas en la hoja de datos. Si sabe lo que está haciendo, puede obtener sugerencias sobre la topología interna a partir de eso.