Como usar corretamente um amplificador operacional?

desde que postei aqui, nunca me perdi tanto em usar amplificadores operacionais antes, ouvindo coisas novas que nunca tinha ouvido antes (Vom, Vcm etc.). Eu sempre pensei que o OP AMPS é apenas conectá-lo e funcionará sempre ... Muito errado.

Eu tenho algumas perguntas que seriam mais apreciadas se alguém pudesse respondê-las, antes que eu as perguntasse, sim, eu estive procurando nas últimas 2 horas neste fórum as perguntas anteriores que foram feitas. Ainda um pouco confuso, mas esclareceu algumas coisas.

Para manter as coisas consistentes, eu usaria este OP AMP em todo este exemplo. MCP601

VCM: Faixa de entrada de modo comum

Aqui está o que eu entendo: o intervalo do qual o MCP601 pode aceitar com prazer sem que algo dê errado, se alguém ultrapassar ou abaixo desses intervalos, você verá um erro inesperado.

Exemplo: Entrada = Sinal de áudio (1.2V pk-pk) VDD = 4.8V VSS = GND

VCM - Limite superior = 4,8-1,2 = 3,6

VCM - Limite inferior = 0-0,3 = -0,3

VCM - = 3,6 - (- 0,3) = 3,9V$V_{CM_{PP}}$

$V_{IN}$ - Ciclo de entrada positivo = 600mV + (VDD / 2) = 3

$V_{IN}$ - Ciclo de entrada negativo = -600mV + (VDD / 2) = 1,8

$V_{IN}$ = 1.2Vpk-pk

O que significa que a entrada Vpk-pk é adequada?

VOM: Balanço da tensão de saída

Aqui está o que eu entendo - é o alcance do qual o MCP601 é capaz de produzir antes de cortar.

Exemplo: Entrada = Sinal de áudio (1,2V pk-pk) VDD = 4,8V VSS = GND GAIN = 3,2

Viés de entrada = VDD / 2 RL = 5k

VOM - Limite superior = 0 + 100mV = 100mV

VOM - Limite inferior = 4.8-100mV = 4.7V

VOM - = 4,7-100mV = 4,6V$V_{OM_{PP}}$

$V_o$ - Ciclo de entrada positivo = (3,2 * 600mV) + (VDD / 2) = 4,32V

$V_o$ - Ciclo de entrada negativo = (3,2 * -600mV) + (VDD / 2) = 0,48V

V o P $V_o$ - = (4,32-0,48) = 3,84V (Antes de desacoplar a tampa).$V_{o_{PP}}$

Foi assim que eu entendi o cálculo para e . Para mim, esse OP-AMP não deveria ter um problema com o Vin, além de ampliá-lo com alegria, no entanto, aconteceu o oposto ao cortar 2,84Vpp. Isso não faz muito sentido para mim pelo cálculo acima. O VCM deve estar satisfeito, assim como o VOM. Como o VOM tem um Vpp de 4.6V que é> então meu Vo é ideal de 3.84Vpp e meu VDD é de 4.8V, ele deve amplificar para 3.84Vpp sem problemas? V O $V_{CM}$$V_{OM}$

Se alguém puder me mostrar como realmente calcular o VCM e o VOM, isso seria incrível, acredito que esse método está faltando alguma coisa ou não estou entendendo alguma lógica fundamental. Eu gostaria de obter a capacidade de entender as limitações de entrada e saída através deste método.

Essa configuração funciona se eu aumentar o VDD para ~ 6.1V, se alguém puder explicar por que, através dos cálculos do VCM e do VOM, provavelmente posso correlacionar os dois e provavelmente esclarecerá as confusões que tive.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Seu segundo recorte de folha de dados está em mV e não em volts, e a faixa de saída é relativa às tensões de alimentação. Portanto, com uma fonte de 4.8V e carga de 5K (a 0V), a faixa de saída linear é de 0,1 a 4,7V. Se você inclinar a entrada e a saída em 2,4V, poderá obter 4,6Vp-p. A saída do amplificador operacional não pode exceder (ou até atender) as tensões de alimentação.

Se a entrada for polarizada em 2,4V, sua faixa de entrada será de -0,3 a 3,6V, portanto, você poderá lidar apenas com uma tensão de entrada de 2,4Vp-p = (3,6-2,4V) * 2, com base na faixa de entrada, mas você também precisa garantir que a saída não sature.

Seu circuito tem um ganho de +3,2, portanto a tensão de entrada deve estar dentro da faixa de +/- 0,71875V ou 1,4375Vp-p, o que produzirá a faixa de saída completa, portanto a faixa de entrada não é limitativa.

Você pode usar praticamente qualquer amplificador operacional em uma única fonte de alimentação, desde que tenha tensão de alimentação suficiente e incline a entrada dentro da faixa de trabalho e lembre-se da faixa de saída disponível.

Em geral, para um circuito de baixa potência, você deseja usar resistores de valor mais alto do que o mostrado. Você está carregando a saída com 5K || (2,2K + 1K), inferior a 5K, obviamente, portanto, o balanço da saída não é garantido. Normalmente você pode ir pelo menos 10x mais alto para os resistores de feedback, talvez consideravelmente mais. Se você puder aumentar a carga para 25K ou 100K e aumentar os resistores de feedback em 100: 1, seria melhor. Pode ser necessário adicionar um pequeno capacitor no R3 para garantir a estabilidade se você for muito alto com os resistores.

Acredito que descobri o enigma.

Assumir um projeto como esse e usar amplificadores operacionais a essa extensão, como procurar por características que você normalmente não procuraria sair da universidade como corrente de viés de entrada , Vom , Vcm , etc.

Tentar movimentar todos esses termos tende a me confundir e meio que sobrescreve as coisas básicas que eu sabia sobre amplificadores operacionais.

$V_{OM}$$V_{CM}$$V_{in}$$V_{out}$$V_{OM}$$V_{CM}$

O que eu não expliquei é a queda de tensão que o amplificador operacional possui internamente devido à sua arquitetura do amplificador operacional.

O que significa que nenhum amplificador operacional pode ser trilho a trilho, a menos que seja perfeito (sem queda de tensão nas partes internas).

Para o problema acima, é um único amplificador não inversor da fonte de alimentação, o que significa que requer um viés para balançar "negativo"

Para referência:

assim, seus 4.576V - 2.288V - 0V

$V_{DD_{pp}}$$V_{DD_{p}}$

Através de experimentos, descobri que a queda de tensão do amplificador estava em torno de ~ 1.616Vpp

Faremos 2 cenários de casos Onde,

input_1 = 860mVpp

Entrada_2 = 1,14Vpp

Ganho = 3,2

Entrada_1: 860mVpp

VCM:

$V_{IN}$

Vin:

$V_{IN}$

Vin está dentro do alcance de Vcm

VOM:

$V_{OUT}$

$V_{OUT}$

Vo está dentro do alcance de Vcm

Você esperaria que seu sinal se comportasse como previu.

Entrada_2: 1.14Vpp

VCM:

$V_{IN}$

Vin:

$V_{IN}$

Vin está dentro do alcance de Vcm

VOM:

$V_{OUT}$

$V_{OUT}$

Vo está dentro do alcance de Vcm

Você esperaria que seu sinal se comportasse como previsto, mas não é .

No meu osciloscópio, ele corta a 2.96Vpp, mas esperávamos que a saída fosse 1.14Vpp * 3.2 = 3.648Vpp? O que está acontecendo é a queda de tensão do amplificador operacional.

Como mencionado acima, a queda de tensão do amplificador operacional foi de ~ 1.616Vpp, fazendo os cálculos matemáticos

VDD -Vod = 4.576 - 1.616 = 2.96Vpp !! Essencialmente, isso está nos dizendo o que nosso amplificador operacional pode realmente fazer. O que tudo faz sentido agora.

Essencialmente, o que um amplificador operacional diz trilho a trilho significa pelo menos o que eu posso ver é que seu Vin e Vout nunca costumam violar os VOM e VCM dos amplificadores operacionais

É por isso que quando eu aumento o VDD ~ 6.1V, ele funciona, pois o amplificador operacional pode até atingir a saída esperada de 3.648Vpp da seguinte maneira:

Vdd - Vod = 6.1 - 1.616 = 4.484 como o novo limite do amplificador operacional agora é 4.484Vpp e desde 3.648Vpp <4.484Vpp você pode vê-lo na saída.

Vpk-pk = 3,6 - (- 0,3) = 3,9V.
O que significa que a entrada Vpk-pk é adequada?

Possivelmente. O ponto médio da faixa CM não é Vdd / 2 aqui, mas 3.9 / 2 = 1.95V. Isso permitiria um sinal de entrada de até 3,9Vpp. . No entanto, seu ganho cortaria a saída.

A saída permanece na faixa linear se a saída não estiver cortada. É definido para recorte simétrico a 100mV de ambos os trilhos de alimentação, dependendo de cargas> 5k conectadas a VL = 2,5V. Isso ocorre porque os Op Amps CMOS trilho a trilho têm uma resistência no corte da ordem de 250 Ohms no driver Nch ou Pch. Se a carga for para Vss = 0, haverá menos desistências acima de Vss, mas haverá mais desistências abaixo de Vdd, pois agora há o dobro da corrente em comparação com a especificação com VL@2.5V

Vin {pp} * Av = 1,2 * 2,4 = 3,84Vpp caberá na faixa de saída linear quando a referência de entrada e diferença for comum (diferencial zero) próximo ao meio da faixa CM. (Lembre-se de 2V para o seu suprimento) Também funciona para viés Vdd / 2 = Vcm neste exemplo.

Conselho: use valores Rmin de 25k para feedback e carga combinados

Toda a resistência de saída dos amplificadores operacionais é reduzida pelo ganho de feedback negativo. Mas o corte resulta em perda total de feedback negativo. Como o FET aumenta em RdsOn quando o Vgs reduz, aqui é o Vdd, sabe-se que ele aumenta rapidamente abaixo de 5V, assim como a lógica da família CD4000 em direção a 1kOhm e superior a Vdd min.