Qual é o efeito da assimetria da tensão de alimentação nas topologias de amplificadores opamp?

Qual é o efeito de uma mudança de tensão em uma das entradas de tensão de alimentação de um opamp em seu comportamento funcional ( pode ser positivo ou negativo)?Δ $\Delta V$$\Delta V$

Suponha que eu estou projetando um amplificador não inversor com e . Tensões de alimentação são; e . E meu opamp é MCP6V31 . Qual será a tensão de saída, se minha tensão de entrada for 1kHz tensão senoidal, 10mV pico a pico? R 2 = 1 k Ω V + = + 5,0 V V - = - 4,5 $R_1 = 100k\Omega$$R_2 = 1k\Omega$$V_+ = +5.0V$$V_- = -4.5V$

As respostas acima são insatisfatórias em alguns aspectos. Andy tem pressupostos e cálculos incorretos, enquanto "espaço reservado" diz essencialmente que nada de concreto pode ser dito ... o que não é o caso.

O erro de Andy é assumir que, no exemplo numérico, o PSRR deve ser considerado em 1kHz, mas na verdade precisa ser considerado no DC, dada a seguinte declaração do problema (estou citando caso mude sem aviso [novamente]):

Suponha que eu estou projetando um amplificador não inversor com R1 = 100kO e R2 = 1kO. Tensões de alimentação são; V + = + 5,0V e V - = - 4,5V. E meu opamp é MCP6V31. Qual será a tensão de saída, se minha tensão de entrada for 1kHz tensão senoidal, 10mV pico a pico?

Portanto, a partir do gráfico, esperávamos cerca de -90dB PSRR a 0Hz (DC), o que se traduziria em um desvio de cerca de 3mV DC na saída. Para o sinal de entrada indicado, isso dificilmente será percebido porque a saída terá um componente CA de 1Vp-p. No entanto, se você reduzir o sinal de entrada para 10 microvolts pp, o deslocamento DC na saída causada pelo desequilíbrio do trilho será certamente perceptível. Prova de LTspice.

A pergunta foi feita:

Agora diminuindo o sinal de entrada para dez microvolts pp.

Há um deslocamento DC visível na saída agora. Apenas para convencê-lo de que é causado principalmente pelo desequilíbrio da fonte de alimentação, abaixo é o que acontece se você usar trilhos perfeitamente equilibrados no mesmo sinal de entrada de 10 microvolts.

Aqui também há algum deslocamento causado por outras características não ideais do amplificador operacional (tensão de desvio de entrada, correntes de polarização de entrada), mas é muito menor do que aquele causado pelo desequilíbrio do trilho de potência.

Obviamente, você também pode prender o trilho negativo mais cedo, se isso mudar mais significativamente (dado um sinal de entrada grande o suficiente). Não estou adicionando um gráfico para isso, pois é bastante óbvio.

Se os trilhos de energia estiverem subindo e descendo, você poderá ver como isso afeta o amplificador, observando o gráfico da taxa de rejeição da fonte de alimentação (PSRR): -

Tirei esta imagem da folha de dados e, para um sinal de 1kHz sobreposto ao barramento de força (positivo ou negativo), há 45dB de rejeição. Isso significa que se 1Vp-p 1kHz estiver em um trilho de energia, haverá uma tensão equivalente na entrada de: -

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

Se o seu ganho for unidade, você verá essa tensão na saída. Se o seu ganho for 10, você verá dez vezes essa tensão.

EDITAR Estritamente falando, você deve usar o ganho não inversor para determinar o ruído da fonte de alimentação visto na saída de um amplificador operacional. Isso significa que, para uma configuração de amplificador operacional invertido com um ganho de apenas 0,01, o ruído da fonte de alimentação na saída é multiplicado por 1,01 e não 0,01. Uma tensão de entrada de 1Vp-p 1kHz alimentada através de um amplificador inversor com ganho de 0,01 produzirá uma saída de 10mVp-p; se o PSRR a 1kHz for 45dB e houver 1kHz 1Vp-p em cada trilho de força, ainda haverá virtualmente 5.62mVp-p de ruído na saída e isso vai estragar o sinal.

PSRR na wikipedia

É difícil determinar as assimetrias de trilho sem conhecer a topologia interna do amplificador operacional. Muitas pessoas pensam que um amplificador operacional é um amplificador operacional, mas, na realidade, existem muitas implementações, tecnologias e trade-offs diferentes.

Você não receberá respostas definitivas (a menos que o designer esteja à espreita aqui), mas, em geral, a assimetria se manifesta de duas maneiras. A primeira é a excursão do sinal. Com o trilho alterado, o alcance da operação também é alterado, se você tiver um amplificador operacional trilho para trilho e mover o trilho, o sinal também se moverá.

A segunda questão se manifesta em produtos de distorção, geralmente o circuito interno possui funcionalidade complementar, uma referenciada ao trilho superior e outra referenciada ao trilho inferior e ambas com pontos de operação ligeiramente diferentes, à medida que o sinal se move através de diferentes regimes de operação do op-amp, efeitos diferentes surgem e se manifestam principalmente como produtos de distorção (ou diminuem as diferenças de taxa).

Para entender isso, você precisa estudar o amplificador operacional muito mais do que realmente precisa.

A maioria das restrições está incorporada na folha de dados. Se você souber o que está fazendo, poderá obter dicas sobre a topologia interna.