Apa yang dilakukan rel bergerak (pemindah tegangan pada rel) terhadap opamp?

Karena saya telah menghabiskan sebagian besar karir saya mencoba untuk mendapatkan kereta opamp setenang mungkin pada tegangan yang dimaksudkan, saya belum benar-benar menghabiskan waktu memikirkan apa yang akan terjadi jika rel bergerak dari nilai tetap. Karena saya hanya sebentar mempelajari cara kerja op amp internal, saya tidak begitu yakin saya bisa datang dengan jawaban yang pasti.

Jadi, apa yang terjadi pada sinyal jika rel bergerak? (katakan saja ada bergerak lambat, seperti kurang dari 5Hz, mungkin 1V bergeser dari waktu ke waktu) Apakah lebih dari sekadar memotong pada tingkat yang berbeda?

Secara teori, OpAmp harus berkinerja baik tidak peduli apa yang dilakukan suplai.

Ketika kita meninggalkan model teoritis dari OpAmp (ingat bahkan tidak ada pin pasokan pada simbol dasar, hanya IN +, IN- dan OUT), kita harus mempertimbangkan semakin banyak detail yang dibawa oleh rangkaian nyata.

Tentu saja banyak yang akan jelas bagi Anda, tetapi percayalah - pada akhirnya kami akan mendapatkan jawaban.

Pertama, output tidak pernah bisa melebihi tegangan yang dipasok ke Amp.

Kemudian, kinerja semakin memburuk ketika output mencoba mendorong atau menarik tegangan dekat dengan rel. Ini, tentu saja, akan sangat bergantung pada desain opAmp - dan Rail-to-Rail amp berjanji untuk memberi Anda semua tegangan yang tersedia di output.

Selama kita melihat pada OpAmp yang dipasok DC, setiap sinyal yang berada dalam spesifikasi ayunan keluaran maksimum akan bekerja, dan Anda dapat memasok OpAmp dengan voltase positif dan negatif yang diizinkan oleh lembar data (berkaitan satu sama lain dan ke ground, tetapi perhatikan bahwa OpAmp tidak memiliki cara untuk mengetahui di mana ground sebenarnya; memasok +3 V dan -7 V tidak ada masalah sama sekali - dan amp Anda akan mencoba untuk tetap bekerja dalam kisaran 10 V ini).

Sumber arus internal, tahapan diferensial, dan penggerak keluaran dirancang sedemikian rupa sehingga OpAmp membatalkan segala variasi pada rel pasokan secepat mungkin.

Hanya jika variasi pada rel pasokan berubah cukup cepat, Anda akan mulai melihat adanya efek. Biasanya, pengaturan ini berkisar antara 100 Hz hingga 10 kHz.

Dan bagian terbaik: Ini ditentukan dalam lembar data; mencari PSRR (Power Supply Rejection Ratio).

Nilai biasanya sangat tinggi untuk DC ke frekuensi rendah (60 ... 120 dB) dan mulai menurun dengan apa yang tampak seperti karakteristik low-pass sederhana di atas titik tertentu. Perhatikan bahwa kita sedang berbicara tentang penolakan , jadi itu sebenarnya sebuah high-pass meskipun kemiringan turun pada diagram:

Perhatikan bahwa teks pada gambar mengatakan: ± 15 V - jadi apa yang sebenarnya dilakukan pada pin pasokan OpAmp?

Seperti halnya spesifikasi lembar data yang baik, ada juga rangkaian uji yang memberi tahu Anda bagaimana hal itu diukur:

Ini juga menjelaskan mengapa ada dua baris dalam diagram (-PSR dan + PSR). Sumber arus internal OpAmp, misalnya, kadang-kadang memberi makan muatan mereka dari suplai positif, kadang-kadang ke suplai negatif, dan desain internal tidak sepenuhnya simetris.

Ambil contoh '741 yang baik sebagai contoh:

Hanya tahap keluaran di bagian paling kanan yang simetris, yang lainnya tidak. Bagian yang lebih maju masih akan mengikuti prinsip dasar ini sampai tingkat tertentu.

Singkatnya: Untuk DC dan frekuensi rendah, lihat spesifikasi DC (rail-to-rail dengan batasan untuk gain dan distorsi apa?). Untuk frekuensi yang lebih tinggi, lihat PSRR. Jika Anda menerapkan langkah ke volatge pasokan, Anda memiliki campuran, karena langkah terdiri dari beberapa bagian frekuensi tinggi selain lompatan yang jelas dari satu level DC ke level DC lain, yang mengakibatkan gangguan pada output yang disebabkan oleh apa pun yang lebih tinggi -Frequency bagian dari langkah yang tidak dapat ditolak oleh OpAmp.

Apa yang belum saya bahas di sini mungkin dijawab dalam tutorial Analog Devices ' MT-043 . Ini juga tempat saya mengambil gambar (kecuali untuk sirkuit 741).

Ya, ada efek AC. Lembar data op-amp harus menetapkan Rasio Penolakan Catu Daya yang memberi Anda efek maksimum yang akan terjadi pada perubahan catu daya pada output. Ini adalah angka yang cukup tinggi - bahkan 741 kuno memiliki angka tipikal dalam kisaran 90dB - tetapi ini dapat menjadi signifikan jika perubahan dalam output kemudian menghasilkan perubahan lebih lanjut pada tegangan catu daya dan karenanya menciptakan loop umpan balik yang dapat mengarah pada osilasi.

Jelas, seperti yang Anda sadari, ini merupakan tambahan terhadap efek langsung seperti mengandalkan operasi input dan output dari kereta ke kereta.

Ada jawaban yang diterima, tetapi saya ingin menyebutkan contoh spesifik: audio power amp.

Ini biasanya didukung dari rel yang tidak diatur. Harapkan beberapa volt riak pada frekuensi listrik AC yang diperbaiki, seringkali lebih tergantung pada permintaan saat ini. Ketika dioda penyearah tidak melakukan, yang sebagian besar waktu, tegangan suplai menurun sesuai dengan arus keluaran dibagi dengan nilai kapasitor suplai besar.

Juga, tegangan rel akan bervariasi tergantung pada amplitudo sinyal. Saat mendengarkan, bagian yang lebih keras akan menarik lebih banyak arus, menurunkan tegangan rel. Bagian yang tenang tidak akan. Dengan demikian tegangan rel bergoyang-goyang di wilayah 0,1-2 Hz di samping frekuensi listrik diperbaiki.

Amp ini biasanya diimplementasikan sebagai opamps diskrit, yang memungkinkan beberapa trik untuk meningkatkan PSRR. Opamp diskrit memiliki terminal GND, sehingga node internal yang paling sensitif terhadap catu daya dapat dilewati ke ground melalui kapasitor murah. Kapasitor kompensasi adalah sumber utama PSRR buruk dalam opamps, karena harus dirujuk ke salah satu persediaan. Dalam opamp diskrit, ini dapat dikurangi.

Hasilnya adalah Anda bisa mendapatkan riak besar di rel tanpa masalah. Bahkan, power amp dengan rel yang diatur sangat eksotis, hanya ditemui pada gigi audiophile megabuck, dan secara realistis, pemborosan uang.

Jadi, inilah contoh kehidupan nyata;)

apa yang terjadi pada sinyal jika rel bergerak? (katakan saja ada bergerak lambat, seperti kurang dari 5Hz, mungkin 1V bergeser dari waktu ke waktu) Apakah lebih dari sekadar memotong pada tingkat yang berbeda?

LF PSRR sangat besar, jadi tidak ada yang terjadi.

Opamps memiliki HF PSRR yang rendah, dan karenanya tidak menyukai decoupling yang buruk yang menyebabkan dering HF pada persediaan, atau sumber kebisingan HF lainnya seperti regulator switching yang disaring dengan buruk. Variasi tegangan suplai LF seharusnya tidak menjadi masalah sama sekali. Mungkin tegangan offset bisa melayang karena efek termal, tetapi ini harus kecil.