Salida de amplificador óptico recortada

Question

He estado tratando de entrar en el uso de opamps ... Tengo un poco de experiencia con la electrónica digital, pero esto es definitivamente nuevo terreno para mí. Traté de configurar un amplificador inversor como este:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Cuando medí la salida, parecía que se estaba "recortando" en el sentido de que de repente se nivela a un nivel consistente: (estos dos gráficos tienen la misma escala)

Esperaba que la salida fuera muy cercana a 0 y 5V, quizás con un ligero margen, pero en el rango de los milivoltios.

Para probarlo, quité la resistencia de realimentación para que el amplificador óptico intentara esencialmente obtener una ganancia infinita, pero se produce el mismo problema:

Observe que la salida sigue estando limitada.

¿Estoy haciendo algo mal? ¿Hay algo que no sepa sobre los opamps?

Answer 1

Bienvenido al mundo de los opamps reales. Los opamps reales no son ideales. Para este caso en particular - la salida no oscila exactamente a los carriles. En el caso de los opamps que se anuncian como "rail to rail" la salida estará a varios mV del rail real.

La oscilación de salida suele especificarse en la hoja de datos. Se llama oscilación de salida, salida mín./máx. o algo así, busca las especificaciones de salida. Para el 741 es +-16V cuando se alimenta desde +-20V o +-13V cuando se alimenta desde +-15V. Varía con la carga y muchos factores diferentes.

Normalmente, cuando se diseñan circuitos de amplificadores optoelectrónicos se intenta operar en el medio entre los raíles, y se evita acercarse al raíl (excepto en configuraciones de comparadores). Ten en cuenta que, en el caso de los amplificadores optoelectrónicos, si te acercas a un carril, empezarás a tener distorsión. Depende de lo bueno que sea tu amplificador.

Otra cosa - usted está haciendo la configuración de inversión mal. Usted tiene que atar la entrada no inversora a un punto medio entre los carriles. 2.5V en este caso particular. No necesariamente tiene que ser el punto medio exacto - todo depende de su señal de entrada.

Piénsalo intuitivamente: en tu caso, para que el amplificador optoelectrónico alcance un nivel alto, la señal de entrada debe estar por debajo de la tierra, por lo que debes establecer una "tierra virtual" en algún punto entre los raíles para que el amplificador optoelectrónico tenga una referencia contra la que invertir la señal de entrada.

Answer 2

Estás diseñando un circuito lineal y la primera regla con opamps es que el voltaje en ambas entradas es idéntico en nivel dc y nivel ac. La realimentación negativa asegura esto, pero sólo si se configuran las cosas razonablemente.

Tu circuito intentará ajustar su salida para que ambos pines de entrada sean exactamente iguales, pero no puede porque la salida no puede ser lo suficientemente negativa como para alcanzar el equilibrio. El problema se resuelve asegurándose de que la entrada no inversora tiene una tensión positiva respecto a la alimentación más negativa del amplificador. Entonces tiene una oportunidad, pero cuidado, los opamps no son ideales y no pueden oscilar perfectamente hacia arriba o hacia abajo a los carriles de alimentación.

Para tu circuito necesitarías poner un voltaje más central en la entrada no inversora, posiblemente mediante resistencias iguales hacia arriba y hacia abajo a las alimentaciones pos y neg respectivamente.