Usando um amplificador operacional como buffer

Trabalhando em um projeto em que estamos usando dois amplificadores OP470 Quad Op. Existem 2 amplificadores operacionais não utilizados, e eu preciso armazenar em buffer um sinal proveniente de um sensor (isso é de acordo com a folha de dados do sensor). Eu gostaria de usar um dos amplificadores operacionais extras. Eu sei que teoricamente você pode armazenar um sinal em buffer usando o feedback negativo do amplificador operacional, como mostrado abaixo:

esquemático

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

No entanto, também me lembro vagamente de algo sobre os perigos da auto-oscilação e da estabilidade do amplificador operacional. O OP470 é um ganho de unidade estável. Aqui está a folha de dados:

http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/OP470.pdf

Minha pergunta é: é seguro usar um amplificador operacional nesta configuração como um buffer sem se preocupar com a auto-oscilação? Há mais alguma coisa que preciso levar em consideração?

operational-amplifier signal buffer

— Skaevola
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não aceite a resposta muito rapidamente, deixe que os outros também compartilhem suas respostas com você. Não dizer que a resposta aceita é ruim. Mas pode haver mais boas soluções alternativas do que isso. Apenas espere um pouco.

— Standard Sandun

(1) Não esqueça que ele precisa de fontes de alimentação (2) o sinal do seu sensor se encaixa perfeitamente nos trilhos de energia do buffer (3) até onde você deseja enviar a saída em buffer (4) o que você está enviando? para (5) Precisa haver algum deslocamento de entrada de sinal ou correção de ganho (6) quanto tempo dura a conexão de alimentação de entrada (7) qual largura de banda é o sinal que você está inserindo (8), se deve ser filtrado para se adequar ao que possa estar a jusante ?

— Andy aka

Respostas:

Se a folha de dados diz que o ganho de unidade é estável, então sim. O ganho de unidade estável significa precisamente que o amplificador operacional permanecerá estável quando usado como você descreve.

Verifique se o caminho do feedback é curto. Se você demorar, a indutância aumenta e talvez coisas estranhas aconteçam. Não é preciso ser extremamente paranóico nesse ponto; apenas não vá roteando 10 polegadas ao redor da placa e você deve ficar bem.

— Phil Frost
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Normalmente, os pinos de saída e de entrada negativos são adjacentes, portanto é fácil manter essa conexão de feedback curta. Essa é uma das coisas a serem roteadas primeiro como de alta prioridade. Além disso, não esqueça a tampa de derivação. Sem um, o amplificador pode fazer coisas estranhas.

— precisa

"a tampa de derivação" é a primeira menção de um capacitor neste post. Suponho que você queira dizer sobre a fonte de alimentação do amplificador operacional?

— NickHalden

@NickHalden Uma tampa de derivação também é conhecida como capacitor de desacoplamento da fonte de alimentação. Consulte O que é um capacitor de desacoplamento e como sei se preciso de um?

— Phil Geada

@ Phil Frost: Deve haver um filtro passa-baixo na entrada positiva do amplificador operacional?

— Dor

@Dor apenas se você quiser por algum outro motivo. Não é necessário para operação estável.

— Phil Geada

Usar o OP470 para um amplificador ou buffer de ganho de unidade não é uma má escolha. O importante é a margem da fase em que o ganho do loop aberto cruza 0dB. É bastante comum que os opamps tenham 45 graus de margem de fase em sua frequência de crossover de loop aberto, o que resultaria em uma superação de 1,3 vezes o Vin seguido pelo toque. Esse não é o caso do OP470, se você observar o TPC (Typical Performance Characteristics) 16 na folha de dados (página 7), verá que a margem de fase no cruzamento é de 58 graus. Agora, uma resposta de pulso ideal, você desejaria uma margem de fase de 60 graus, portanto 58 graus é muito bom.

A resposta de pulso de sinal pequeno do OP470 como um buffer de ganho unitário é mostrada no TPC 27 da folha de dados. Você verá que a resposta do pulso praticamente não ultrapassa os limites e não toca.

Possíveis preocupações:

Carregamento de saída. Você não mostra qual é a carga do buffer, mas as cargas capacitivas podem degradar a margem da fase e causar uma resposta ruim. A impedância de saída do OP470 aumenta acentuadamente à medida que se aproxima do cruzamento, portanto, espera-se que cargas capacitivas acima de 100 ou 200 pF degradem a margem da fase. Há uma seção da folha de dados (página 12) que aborda a condução de cargas capacitivas de até 1000pF.
Resistor de realimentação da saída para a entrada negativa. Como Phil Frost diz, você deve manter o caminho do feedback relativamente curto. Porém, algumas vezes para teste ou manutenção, um resistor de feedback será usado. Se você fizer isso, desejará colocar o resistor próximo à entrada negativa e manter o valor menor que 500 Ohms e maior que 100 Ohms para obter a melhor resposta. A folha de dados cobre isso na seção sobre buffers de ganho de unidade (página 12).
OP470 é a tecnologia BJT, portanto, nenhuma operação de trilho a trilho. Você precisa garantir que as tensões de entrada não cheguem mais perto dos trilhos de polarização do que cerca de 4 volts, e você deve estar bem com a tensão de saída não mais próxima dos trilhos do que cerca de 3 volts. Somente você conhece seu sistema bem o suficiente para dizer se isso importa.

— gsills
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A saída desse amplificador operacional provavelmente está gerando uma carga capacitiva. Corri para um problema semelhante com um amplificador operacional de alta taxa de variação. A solução descrita na folha de dados é colocar um resistor de cerca de 47 ohms após o feedback negativo. Essa solução resolveu imediatamente minhas oscilações.

A citação:

Os LT1632 / LT1633 são amplificadores de banda larga que podem conduzir cargas capacitivas de até 200pF em fontes de ± 15V em uma configuração de ganho de unidade. Em uma fonte de 3V, a carga capacitiva deve ser mantida abaixo de 100pF. Quando for necessário acionar cargas capacitivas maiores, um resistor de 20Ω a 50Ω deve ser conectado entre a saída e a carga capacitiva. O feedback ainda deve ser retirado da saída para que o resistor isole a carga capacitiva para garantir a estabilidade.

— doug65536
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