Efecto del amplificador operacional no inversor en los componentes de CA y CC de la entrada

Mientras la frecuencia de la señal de CA se encuentre dentro del ancho de banda del amplificador operacional, las ganancias de CA y CC son las mismas para el circuito que ha dibujado. La ganancia es

$$ \ frac {v_ {O}} {v_ {I}} = 1 + \ frac {R_f} {R_i} $$

Si la hoja de datos de su amplificador operacional especifica su producto de ancho de banda de ganancia puede calcular fácilmente el ancho de banda Si conoce la ganancia de bucle cerrado que necesita.

Dibujé tu circuito en Circuit Lab con tu señal de entrada \ $ v_ {I} (t) = 0.5 \ sin (2000 \ pi t) +0.5 \ text {V} \ $, y estoy usando \ $ R_ {i} = 1 \ text {k} \ Omega \ $ y \ $ R_ {f} = 100 \ text {k} \ Omega \ $ para una ganancia de \ $ 101 \ $:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Si ejecuta el solucionador de CC de CircuitLab, verá que \ $ v_ {O} \ approx 50.5 \ text {V} \ $. A menos que esté utilizando voltajes de suministro superiores a \ $ 50 \ text {V} \ $, el amplificador operacional no podrá forzar \ $ v_ {O} \ $ tan alto y se saturará.

Si necesita una alta ganancia como \ $ 101 \ $ como he simulado y no podrá deshacerse de un desplazamiento de DC no deseado como \ $ 0.5 \ texto {V} \ $, deberá agregar AC acoplamiento. Para la mayoría de los circuitos de amplificador operacional, simplemente puede agregar un capacitor en serie con su entrada para bloquear el offset de CC de la entrada (solo necesita determinar la capacitancia apropiada para las frecuencias de interés). Sin embargo, para este circuito sería una mala idea, ya que la corriente de polarización de entrada no inversora del amplificador operacional (que es muy baja pero no nula) no tendría que fluir, excepto en el condensador de acoplamiento de CA. Para evitar esto, también debe agregar una resistencia de la entrada no inversora a tierra. Piense en esto como un simple filtro de paso alto \ $ RC \ $. El amplificador no inversor acoplado de CA se ve así:

^{simular este circuito}

Si ejecuta el solucionador de CC de Circuit Lab en el circuito acoplado de CA, verá que \ $ v_ {O} \ approx 0 \ text {V} \ $.

Puede ejecutar una simulación de dominio de frecuencia en Circuit Lab para la gráfica Bode del circuito acoplado de CA. Puede ver que la ganancia es muy baja en DC y en bajas frecuencias, es \ $ 101 \ $ en la banda media (incluida la frecuencia de entrada de \ $ 1 \ text {kHz} \ $) y luego disminuye en \ $ - 20 \ text {dB / décadas} \ $ a altas frecuencias. No sé qué frecuencias son importantes para usted, por lo que es posible que deba elegir diferentes valores de condensador y resistencia para el filtro \ $ RC \ $.

La mayoría de las hojas de datos tienen una gráfica de ganancia contra frecuencia. Eso debería ponerte en parte hacia tu respuesta. En cada frecuencia de interés, encuentre la ganancia del opamp en la gráfica y analice el circuito como si fuera una corriente continua con esa ganancia interna. Luego agregue los componentes de nuevo, haciendo un seguimiento de qué resultado fue para qué frecuencia.

Tenga en cuenta que el gráfico de ganancia no incluye ningún comentario. Es la ganancia del propio opamp. Vout / (Vin + - Vin-)

La ganancia de circuito cerrado del circuito es 1 + Rf / Ri. Esa ganancia es plana hasta que comienza a aproximarse al ancho de banda de circuito cerrado del circuito, que es el ancho de banda de ganancia del amplificador / ganancia de lazo cerrado. En ese punto, la ganancia es menos 3dB, y comienza a rodar a 20dB / década. (Para un amplificador operacional compensado de polo dominante que se aplica a la mayoría de los amplificadores operacionales de propósito general).

Los componentes de CA y CC de la señal se multiplican por la ganancia de bucle cerrado, y la salida reflejará que mientras las entradas y salidas estén dentro del rango de voltaje, la salida de corriente y potencia, y la capacidad de velocidad de giro del Amplificador y sus fuentes de alimentación.

Esa es una buena aproximación de lo que sucede, si necesita ser más exacto, puede escribir la función de transferencia de bucle abierto desde el gráfico en la hoja de datos y hacer los cálculos para obtener la expresión de la función de transferencia de bucle cerrado.