O que os trilhos móveis (mudança de tensão nos trilhos) fazem para um opamp?

Como passei boa parte da minha carreira tentando manter os trilhos do opamp o mais estável possível na tensão pretendida, não passei muito tempo pensando no que aconteceria se os trilhos se afastassem de um valor fixo. Como apenas estudei brevemente o funcionamento interno dos amplificadores operacionais, não tenho tanta certeza de conseguir uma resposta definitiva.

Então, o que acontece com o sinal se os trilhos estão se movendo? (digamos que se mova lentamente, como menos de 5Hz, talvez um deslocamento de 1V de tempos em tempos) É mais do que apenas cortar em diferentes níveis?

Em teoria, o OpAmp deve ter um bom desempenho, independentemente do que o suprimento esteja fazendo.

Quando deixamos o modelo teórico de um OpAmp (lembre-se de que nem mesmo existem pinos de suprimento no símbolo básico, apenas IN +, IN- e OUT), temos que considerar mais e mais detalhes trazidos pelo circuito real.

É claro que muitos serão óbvios para você, mas confie em mim - chegaremos a uma resposta.

Primeiro, a saída nunca pode exceder a tensão fornecida ao amplificador.

Então, a performance piora quando a saída está tentando empurrar ou puxar a tensão para perto dos trilhos. Obviamente, isso dependerá muito do design dos amplificadores OpAmp - e Rail-to-Rail prometem fornecer toda a tensão disponível na saída.

Enquanto olharmos para um OpAmp fornecido com CC, qualquer sinal dentro da especificação do balanço máximo de saída funcionará e você poderá fornecer ao OpAmp todas as tensões positivas e negativas permitidas pela folha de dados (entre si e ao terra, mas observe que o OpAmp não tem como saber onde o solo realmente está; fornecer +3 V e -7 V não é problema nenhum - e seu amplificador tentará continuar trabalhando dentro dessa faixa de 10 V).

Fontes de corrente internas, estágios diferenciais e drivers de saída são projetados de forma que o OpAmp cancele quaisquer variações nos trilhos de suprimento o mais rápido possível.

Somente se as variações nos trilhos de suprimento mudarem com rapidez suficiente, você começará a notar um efeito. Geralmente, isso fica entre 100 Hz e 10 kHz.

E a melhor parte: está especificada na folha de dados; procure PSRR (taxa de rejeição da fonte de alimentação).

O valor geralmente é muito alto para DC para baixas frequências (60 ... 120 dB) e começa a degradar com o que parece ser uma característica simples de passa-baixo acima de um certo ponto. Observe que estamos falando de rejeição , portanto, é realmente um passe alto, mesmo que a inclinação desça no diagrama:

Observe que o texto na imagem diz: ± 15 V - então o que realmente é feito nos pinos de suprimento do OpAmp?

Como em qualquer boa especificação de folha de dados, também há um circuito de teste que mostra como é medido:

Isso também explica por que existem duas linhas no diagrama (-PSR e + PSR). As fontes de corrente internas do OpAmp, por exemplo, estão alimentando suas cargas da fonte positiva, às vezes para a fonte negativa, e o design interno não é absolutamente simétrico.

Tome o bom e velho 741 como exemplo:

Somente o estágio de saída à direita é simétrico, tudo o mais não é. Partes mais avançadas ainda seguirão esse princípio básico até certo ponto.

Em poucas palavras: para CC e frequências baixas, observe as especificações de CC (trilho a trilho com quais limitações para ganho e distorção?). Para frequências mais altas, veja o PSRR. Se você aplicar um passo à volatilidade da oferta, terá uma mistura, porque um passo é composto por alguma parte de alta frequência, além do salto óbvio de um nível CC para outro nível CC, resultando em um distúrbio na saída causado por qualquer valor mais alto. parte da etapa que não pode ser rejeitada pelo OpAmp.

O que não cobri aqui pode ser respondido no tutorial MT-043 da Analog Devices . Também é de onde tirei as imagens (exceto o circuito 741).

Sim, existem efeitos CA. A folha de dados do op-amp deve especificar uma taxa de rejeição da fonte de alimentação que ofereça o efeito máximo que uma alteração na fonte de alimentação terá na saída. É um número bastante alto - até mesmo o antigo 741 tem um valor típico na faixa de 90dB - mas pode ser significativo se a alteração na saída produz mudanças adicionais na tensão da fonte de alimentação e, portanto, cria um loop de feedback que pode levar a oscilações.

Obviamente, como você percebe, isso é um acréscimo a quaisquer efeitos diretos, como confiar na operação ferroviário a ferroviário de entradas e saídas.

Há uma resposta aceita, mas eu queria mencionar um exemplo específico: amplificadores de potência de áudio.

Eles geralmente são alimentados por trilhos não regulamentados. Espere uma ondulação de vários volts na frequência da rede CA retificada, geralmente mais dependendo das demandas atuais. Quando os diodos de retificação não estão em condução, o que ocorre na maioria das vezes, a tensão de alimentação diminui de acordo com a corrente de saída dividida pelo valor do grande capacitor de alimentação.

Além disso, a tensão do trilho varia dependendo da amplitude do sinal. Ao ouvir, as partes mais altas atraem mais corrente, diminuindo a tensão do trilho. Peças silenciosas não. Assim, a tensão do trilho oscila na região de 0,1-2 Hz, além da frequência da rede retificada.

Esses amplificadores geralmente são implementados como opamps discretos, o que permite vários truques para aumentar o PSRR. Um opamp discreto possui um terminal GND, para que os nós internos mais sensíveis à fonte de alimentação possam ser desviados para o terra por meio de um capacitor barato. O capacitor de compensação é uma das principais fontes de PSRR ruim nos opamps, pois precisa ser referenciado a um dos suprimentos. Em um opamp discreto, isso pode ser mitigado.

O resultado é que você pode obter grandes ondulações nos trilhos sem nenhum problema. De fato, os amplificadores de potência com trilhos regulados são muito exóticos, encontrados apenas em equipamentos audiófilos de megabuck e, realisticamente, um desperdício de dinheiro.

Então, aqui está um exemplo da vida real;)

o que acontece com o sinal se os trilhos estão se movendo? (digamos que se mova lentamente, como menos de 5Hz, talvez um deslocamento de 1V de tempos em tempos) É mais do que apenas cortar em diferentes níveis?

LF PSRR é enorme, então nada acontece.

Os opamps têm baixo PSRR de alta frequência e, portanto, não gostam de desacoplamentos ruins, o que cria zumbidos de alta frequência nos suprimentos ou outras fontes de ruído de alta frequência, como reguladores de comutação mal filtrados. A variação da tensão de alimentação LF não deve importar. Talvez a tensão de desvio possa flutuar devido a efeitos térmicos, mas isso deve ser pequeno.