Apa efek asimetri tegangan suplai pada topologi penguat opamp?

Apa efek dari pergeseran tegangan di salah satu input tegangan suplai dari opamp pada perilaku fungsionalnya ( bisa positif atau negatif)? $\Delta V$ $\Delta V$

Misalkan, saya merancang penguat non-pembalik dengan dan . Tegangan pasokan adalah; dan . Dan opamp saya adalah MCP6V31 . Apa yang akan menjadi tegangan output, jika tegangan input saya adalah tegangan sinusoidal 1kHz, puncak-ke-puncak 10mV? $R_1 = 100k\Omega$ $R_2 = 1k\Omega$ $V_+ = +5.0V$ $V_- = -4.5V$ masukkan deskripsi gambar di sini

— hkBattousai
sumber

Jawaban:

Jawaban di atas sama-sama tidak memuaskan dalam beberapa hal. Andy memiliki asumsi dan perhitungan yang salah, sedangkan "placeholder" pada dasarnya memberi tahu Anda tidak ada yang konkret dapat dikatakan ... yang tidak terjadi.

Kesalahan Andy adalah mengasumsikan bahwa dalam contoh numerik PSRR harus dipertimbangkan pada 1kHz, tetapi sebenarnya perlu dipertimbangkan di DC mengingat pernyataan masalah berikut (saya kutip kalau-kalau berubah tanpa pemberitahuan [lagi]):

Misalkan, saya merancang penguat non-pembalik dengan R1 = 100kO dan R2 = 1kO. Tegangan pasokan adalah; V + = + 5.0V dan V - = - 4.5V. Dan opamp saya adalah MCP6V31. Apa yang akan menjadi tegangan output, jika tegangan input saya adalah tegangan sinusoidal 1kHz, puncak-ke-puncak 10mV?

Jadi, dari grafik kita harapkan sekitar -90dB PSRR pada 0Hz (DC), yang akan diterjemahkan menjadi sekitar 3mV DC offset pada output. Untuk sinyal input yang dinyatakan tidak akan terlihat karena output akan memiliki komponen AC 1Vp-p. Namun jika Anda menjatuhkan sinyal input ke 10 microvolts pp, offset DC pada output yang disebabkan oleh ketidakseimbangan rel pasti akan terlihat. Bukti oleh LTspice.

Pertanyaan seperti yang ditanyakan: masukkan deskripsi gambar di sini

Sekarang menjatuhkan sinyal input ke sepuluh microvolts pp. masukkan deskripsi gambar di sini

Ada offset DC yang terlihat di output sekarang. Hanya untuk meyakinkan Anda bahwa itu sebagian besar disebabkan oleh ketidakseimbangan catu daya, di bawah ini adalah apa yang terjadi jika Anda menggunakan rel seimbang sempurna pada 10 input sinyal microvolts yang sama. masukkan deskripsi gambar di sini

Ada beberapa offset di sini juga disebabkan oleh karakteristik op-amp yang tidak ideal lainnya (tegangan offset input, arus bias input), tetapi jauh lebih sedikit daripada yang disebabkan oleh ketidakseimbangan rel listrik.

Jelas Anda juga dapat klip lebih cepat pada rel negatif jika itu bergeser lebih signifikan (diberi sinyal input yang cukup besar). Saya tidak menambahkan grafik untuk itu karena agak jelas.

— Mendesis
sumber

Jika rel daya bergerak naik dan turun, Anda dapat melihat bagaimana hal ini memengaruhi amplifier dengan melihat grafik rasio penolakan catu daya (PSRR): -

masukkan deskripsi gambar di sini

Saya mengambil gambar ini dari lembar data dan untuk sinyal 1kHz ditumpangkan pada power rail (positif atau negatif) ada 45dB penolakan. Ini berarti jika 1Vp-p 1kHz ada di power rail, ada tegangan setara pada input: -

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

Jika gain Anda adalah satu maka Anda akan melihat tegangan ini di output. Jika keuntungan Anda 10, Anda akan melihat sepuluh kali tegangan ini.

EDIT Sebenarnya, Anda harus menggunakan gain non-pembalik untuk menentukan gangguan catu daya yang terlihat pada output op-amp. Ini berarti bahwa untuk konfigurasi op-amp pembalik dengan gain hanya 0,01, kebisingan catu daya pada output dikalikan dengan 1,01 dan bukan 0,01. Tegangan input 1kHz 1kHz diumpankan melalui penguat pembalik dengan gain 0,01 akan menghasilkan output 10mVp-p dan jika PSRR pada 1kHz adalah 45dB dan ada 1kHz 1Vp-p pada kedua power rail, masih akan ada hampir 5.62mVp-p noise pada output dan ini akan merusak sinyal.

PSRR di wikipedia

— Andy alias
sumber

IMHO, OP berarti bahwa sinyal input adalah 1kHz, bukan noise catu daya.

— johnfound

@johnfound Sinyal input Op adalah 1kHz karena itu masuk akal untuk menyatakan apa PSRR pada 1kHz!

— Andy alias

Tidak, tidak. Kebisingan pada saluran listrik sangat jarang memiliki karakteristik frekuensi yang sama dengan sinyal pada input amplifier. Untuk memiliki di saluran listrik 50Hz atau 30..40kHz sangat umum, sedangkan untuk memiliki 1kHz hampir tidak mungkin.

— johnfound

@ johnfound Skenario kasus terburuk adalah ketika gangguan daya IS frekuensi yang sama dengan input - jika ini 1kHz atau 100kHz tidak masalah - jawaban yang saya berikan adalah contoh. Saya mungkin juga menunjukkan bahwa itu jauh lebih mungkin untuk melihat 100Hz dari 50Hz (karena itu akan menjadi frekuensi riak dari penyearah jembatan). Saya pikir Anda sedang membelah rambut sekarang.

— Andy alias

Nah, Anda hanya benar tentang masalah 100Hz. : P

— johnfound

Asimetri rel sulit ditentukan tanpa mengetahui topologi internal op-amp. Banyak orang berpikir bahwa op-amp adalah op-amp, tetapi pada kenyataannya ada banyak implementasi dan teknologi serta pertukaran yang berbeda.

Anda tidak akan mendapatkan jawaban yang pasti (kecuali perancang bersembunyi di sini), tetapi secara umum asimetri memanifestasikan dirinya dalam dua cara. Yang pertama adalah tamasya sinyal, dengan rel bergeser rentang operasi juga digeser, jika Anda memiliki rel ke op-amp rel dan Anda memindahkan rel maka sinyal juga akan bergerak.

Masalah kedua memanifestasikan dirinya dalam produk distorsi, seringkali sirkuit internal memiliki fungsi yang saling melengkapi, satu merujuk ke rel atas dan yang lainnya merujuk ke rel bawah dan keduanya dengan titik operasi yang sedikit berbeda, ketika sinyal bergerak melalui berbagai rezim operasi yang berbeda. op-amp, efek yang berbeda muncul dan memanifestasikan diri mereka terutama sebagai produk distorsi (atau perbedaan laju perubahan tegangan).

Untuk memahami sepenuhnya ini, Anda perlu mempelajari op-amp lebih dari yang Anda perlukan.

Sebagian besar kendala tertanam dalam lembar data. Jika Anda tahu apa yang Anda lakukan, Anda bisa mendapatkan petunjuk tentang topologi internal dari itu.

— placeholder
sumber