¿Cómo utilizar correctamente un op-amp?

Question

desde que publique aqui nunca me perdi de usar op-amps antes, escuchando cosas nuevas que nunca habia escuchado antes (Vom, Vcm etc). Siempre pensé que los OP AMPS es sólo enchufe y funcionará cada vez ... Muy equivocado.

Tengo un par de preguntas que se agradecerían mucho si alguno de vosotros pudiera responderlas, antes de preguntarlas, sí he estado buscando durante las últimas 2 horas en este foro las preguntas anteriores que se hicieron. Todavía estoy un poco confundido pero me ha aclarado algunas cosas.

Para mantener la coherencia, utilizaré este OP AMP a lo largo de todo el ejemplo. MCP601

VCM: Rango de entrada en modo común

Esto es lo que entiendo -Es el rango que el MCP601 puede aceptar felizmente sin que nada vaya mal, si uno fuera más o menos de estos rangos el op verá un error inesperado.

Ejemplo: Entrada = Señal de audio (1,2V pk-pk) VDD = 4,8V VSS = GND

VCM - Límite superior = 4,8-1,2 = 3,6

VCM - Límite inferior = 0-0,3 = -0,3

VCM - \$V_{CM_{PP}}\$ = 3.6-(-0.3) = 3.9V

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

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

\$V_{IN}\$ = 1,2Vpk-pk

¿Significa que la entrada Vpk-pk es adecuada?

VOM: oscilación de la tensión de salida

Esto es lo que entiendo - Es el rango del cual el MCP601 es capaz de salir antes de recortar.

Ejemplo: Entrada = Señal de audio (1,2V pk-pk) VDD = 4,8V VSS = GND GAIN = 3,2

Batería de entrada = VDD/2 RL = 5k

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

VOM - Límite inferior = 4,8-100mV = 4,7V

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

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

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

\$V_o\$ - \$V_{o_{PP}}\$ = (4,32-0,48) = 3,84V (antes de la tapa de desacoplamiento).

Así es como entendí calcular para ambos \$V_{CM}\$ y \$V_{OM}\$ . Para mi este OP-AMP no debería tener problemas con el Vin ya que amplifica felizmente el Vin también, sin embargo sucedió lo contrario ya que se corta a 2.84Vpp. Esto no tiene mucho sentido para mí desde el cálculo anterior. El VCM debería estar satisfecho al igual que el VOM. Como el VOM tiene un Vpp de 4.6V que es > entonces mi Vo de idealmente 3.84Vpp y mi VDD siendo 4.8V debería amplificar a 3.84Vpp sin problema?

Si alguien puede mostrarme cómo calcular realmente el VCM y el VOM sería increíble, creo que a este método le falta algo o no estoy entendiendo alguna lógica fundamental. Me gustaría ganar la capacidad de entender las limitaciones de entrada y salida a través de este método.

Esta configuración funciona si aumento VDD a ~6.1V si alguien puede explicar por qué a través de los cálculos de VCM y VOM probablemente pueda correlacionar los dos y probablemente aclarará cualquier confusión que tenía.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Answer 1

Tu segundo recorte de la hoja de datos está en mV, no en voltios, y el rango de salida es relativo a las tensiones de alimentación. Así que con un suministro de 4,8V y 5K de carga (a 0V) el lineal El rango de salida es de 0,1 a 4,7V. Si polarizas la entrada y la salida a 2,4V puedes obtener 4,6Vp-p. La salida del amplificador óptico no puede superar (ni siquiera cumplir) las tensiones de alimentación.

Si la entrada está polarizada a 2,4V, su rango de entrada es de -0,3 a 3,6V por lo que sólo puede manejar un voltaje de entrada de 2,4Vp-p = (3,6-2,4V)*2, basándose en el rango de entrada, sin embargo también necesita asegurarse de que la salida no se sature.

Tu circuito tiene una ganancia de +3,2 por lo que la tensión de entrada tiene que estar dentro del rango de +/-0,71875V o 1,4375Vp-p, lo que dará el rango de salida completo, por lo que el rango de entrada no es limitante.

Se puede utilizar prácticamente cualquier amplificador óptico con una sola fuente de alimentación, siempre que se disponga de suficiente tensión de alimentación, se polarice la entrada dentro del rango de trabajo y se tenga en cuenta el rango de salida disponible.

En general, para un circuito de baja potencia, deberías usar resistencias de mayor valor que las que muestras. Estás cargando la salida con 5K||(2.2K+1K) que es menor que 5K, obviamente, por lo que el swing de salida no está garantizado. Normalmente puedes ir al menos 10 veces más alto para las resistencias de retroalimentación, tal vez considerablemente más. Si puedes aumentar la carga a 25K o 100K, y aumentar las resistencias de retroalimentación en 100:1 sería mejor. Puede que tengas que añadir un pequeño condensador a través de R3 para asegurar la estabilidad si vas muy alto con las resistencias.

Answer 2

Creo que he resuelto el enigma.

Emprender un proyecto como éste y utilizar los op-amps hasta este punto, como buscar características que normalmente no buscarías al salir de la universidad como corriente de polarización de entrada , Vom , Vcm etc.

Tratar de mezclar todos estos términos tiende a confundirme y a sobrescribir las cosas básicas que sabía sobre los op-amps.

Cuando me presentaron por primera vez \$V_{OM}\$ y \$V_{CM}\$ por alguna razón me hice creer como si el \$V_{in}\$ y \$V_{out}\$ no violó la \$V_{OM}\$ y \$V_{CM}\$ entonces el recorte no debería existir. ESTO ES COMPLETAMENTE INCORRECTO

Lo que no tuve en cuenta es la caída de voltaje que tiene el op-amp internamente debido a su arquitectura del op-amp.

Esto significa que ningún amplificador óptico puede ir de carril a carril a menos que sea perfecto (sin caída de voltaje en las partes internas).

Para el problema anterior es un amplificador no inversor de una sola fuente de alimentación, lo que significa que requiere un sesgo con el fin de oscilar "negativo"

Para referencia:

por lo tanto, su 4.576V -- 2.288V -- 0V

\$V_{DD_{pp}}\$ = 4.576V \$V_{DD_{p}}\$ = 2.288V

A través de experimentos, encontré que la caída de voltaje del amplificador es de alrededor de ~1,616Vpp

Haremos 2 escenarios de casos Donde,

entrada_1 = 860mVpp

Entrada_2 = 1,14Vpp

Ganancia = 3,2

---

Entrada_1: 860mVpp

VCM:

-0.3 < \$V_{IN}\$ < 3.376

Vin:

1.858 < \$V_{IN}\$ < 2.718

Vin está dentro del rango de Vcm

VOM:

-15.424 < \$V_{OUT}\$ < 15

0.912 < \$V_{OUT}\$ < 3.664

Vo está dentro del rango de Vcm

Se espera que la señal se comporte como se predijo.

---

Entrada_2: 1,14Vpp

VCM:

-0.3 < \$V_{IN}\$ < 3.376

Vin:

1.658 < \$V_{IN}\$ < 2.798

Vin está dentro del rango de Vcm

VOM:

-15.424 < \$V_{OUT}\$ < 15

0.404 < \$V_{OUT}\$ < 4.052

Vo está dentro del rango de Vcm

Usted esperaría que su señal se comportara como lo predijo, sin embargo no es así .

En mi osciloscopio, se corta a 2,96Vpp, pero esperábamos que la salida fuera de 1,14Vpp * 3,2 = 3,648Vpp? Lo que ocurre es la caída de tensión del amplificador óptico.

Como se mencionó anteriormente, la caída de voltaje del op-amp fue de ~1.616Vpp, así que haciendo los cálculos

¡¡VDD -Vod = 4.576 - 1.616 = 2.96Vpp !! Esto esencialmente nos está diciendo lo que nuestro op-amp puede realmente conducir hasta. Todo esto tiene sentido ahora.

Esencialmente lo que un op-amp dice carril - a - carril que significa al menos lo que puedo ver es que su Vin y Vout nunca suele violar el op-amps VOM y VCM's

Por eso cuando aumento VDD ~6.1V funciona ya que el amplificador operacional puede conducir hasta la salida esperada de 3.648Vpp como sigue:

Vdd - Vod = 6.1 - 1.616 = 4.484 ya que el nuevo límite del op-amp es ahora 4.484Vpp y como 3.648Vpp < 4.484Vpp se puede ver en la salida.

Answer 3

Vpk-pk = 3,6-(-0,3) = 3,9V.
¿Significa que la entrada Vpk-pk es adecuada?

Posiblemente. El punto medio del rango CM no es Vdd/2 aquí, sino 3,9/2=1,95V. Esto permitiría entonces una señal de entrada de hasta 3,9Vpp. . Sin embargo, su ganancia se recorta la salida.

La salida se mantiene en el rango lineal si la salida no está recortada. Está definido para un recorte simétrico @100mV desde ambos carriles de alimentación dependiendo de cargas >5k conectadas a VL=2,5V. Esto se debe a que los amplificadores operacionales CMOS de carril a carril tienen una resistencia de recorte del orden de 250 ohmios en el controlador Nch o Pch. Si la carga va a Vss=0 entonces hay menos caída por encima de Vss pero más caída por debajo de Vdd ya que ahora hay el doble de corriente en comparación con la especificación con VL@2.5V

Vin{pp}*Av=1.2*2.4=3.84Vpp encajará en el rango de salida lineal cuando la entrada y la referencia de diferencia son ambas comunes (diferencial cero) cerca del medio del rango CM. (Recuerde cerca de 2V para su suministro) También funciona para Vdd/2=Vcm bias en este ejemplo.

Consejo: utilizar valores de R min de 25k para la retroalimentación y la carga combinadas

La resistencia de salida de todos los Op Amps se reduce por la ganancia de retroalimentación negativa. Pero el recorte resulta en la pérdida total de la retroalimentación negativa. Dado que el FET aumenta en RdsOn cuando Vgs se reduce, que aquí es Vdd, se sabe que aumenta rápidamente por debajo de 5V al igual que la lógica de la familia CD4000 hacia 1kOhm y más alto en Vdd min.