Cómo hacer un circuito amplificador Op-amp repetible

Question

Hice un simple op-amp basado 100X ganancia circuito de un solo extremo. Intenté pedir 100 circuitos integrados y fabricarlos. Pero descubrí que de 100 sólo 60 dispositivos tienen la misma línea de base esperada. ¿Cuál podría ser la razón de esta variación y cómo puedo mejorar mi rendimiento? (PD: Utilizo TLV9061 ) Todas las resistencias utilizadas son del tipo SMD 0603 con una tolerancia del 1%. También sensor que estaría usando es una carga capacitiva de 220pF, será este op-amp ser bueno para eso. Caso de prueba: Si el vsensor no está conectado, la salida del amplificador operacional debería ser 0,33 como condición ideal. Consideré que el rango OK era de 0,3 a 0,4 . Sólo 60 de ellos fueron marcados como OK. El resto están fuera de rango, pueden ser 0.2V, 3.0V, 2.08V, etc.

Answer 1

Mira la sección 8.10 de la hoja de datos. La pieza que ha decidido utilizar tiene una tensión de offset de entrada de \$\pm 0.3\mathrm{mV}\$ típico, \$\pm 2\mathrm{mV}\$ En el peor de los casos. La tensión de offset de salida en un amplificador de este tipo es la ganancia no inversora multiplicada por la tensión de offset de entrada, por lo que estamos hablando de una tensión entre \$\pm 30\mathrm{mV}\$ y \$\pm 200\mathrm{mV}\$ de desplazamiento.

Creo que tienes suerte de tener un rendimiento del 60%, aunque el panorama podría ser más sombrío si hicieras tus mediciones en algún rango de temperatura.

Por el lado bueno, con corrientes de polarización de entrada en los pA y resistencias de ajuste de ganancia en los k \$\Omega\$ no tienes que preocuparte por las desviaciones de la corriente de entrada + tus resistencias desajustadas, o de la polarización de la corriente de entrada.

Debe incorporar alguna corrección de desplazamiento en su circuito y hacer los números (o hacer un lote de pruebas) para verificar que la deriva a lo largo de la temperatura será aceptable, o necesita elegir una pieza que tenga compensaciones de voltaje significativamente mejores sin demasiada corriente de polarización de entrada o compensación de corriente de polarización de entrada.

Answer 2

¿A qué puede deberse esta variación?

Cuando se trabaja con ganancias altas en situaciones de acoplamiento de CC, la tensión de offset de entrada puede ser un problema. La peor tensión de offset de entrada dada en la tabla 8.10 de la hoja de datos es de 2mV, que cuando se multiplica por su ganancia de 100 significa un offset de salida potencial de 200mV, esto explicaría una tensión de salida en el rango de 0,13V a 0,53V, no explica por qué usted estaba recibiendo voltajes en los voltios sin embargo.

Sin embargo, esa no es toda la historia.

En primer lugar, releamos detenidamente la tabla 8.10 de la hoja de datos y, en particular, prestemos atención a lo siguiente no dinos. En concreto, a la cabeza de la tabla encontramos la afirmación (la negrita es mía).

Para V _S (Tensión de alimentación total) = (V+) - (V-) = 1,8 V a 5,5 V a T _A \= 25°C, R _L \= 10 kΩ conectado a V _S / 2, V _CM \= V _S / 2 y V _OUT \= V _S / 2 (salvo que se indique lo contrario)

En otras palabras, los parámetros de esa tabla sólo se aplican cuando estás en el centro del rango de tensión de modo común de los amplificadores. En cualquier otro lugar puede ser peor, pero ¿cuánto peor? no lo garantizan.

Sin embargo, proporcionan un gráfico de "características de rendimiento típicas" en la "figura 4" que implica que este amplificador mantiene su rendimiento de compensación en el carril negativo (pero no en el carril positivo).

Así que por desgracia no tengo una buena explicación para el comportamiento que está viendo, sólo varias posibilidades.

1. Las piezas que tienes no son las que crees que tienes. Ya sea por error o por falsificación. ¿Ha cotejado las marcas de los dispositivos con las marcas previstas en la sección "embalaje" de la hoja de datos?
2. Has tenido mala suerte y el rendimiento de compensación de tus piezas a tensiones de modo común bajas es mucho peor que el "típico".
3. La tensión de alimentación más baja afecta significativamente al rendimiento de la pieza (creo que esto es poco probable)

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¿cómo puedo mejorar mi rendimiento?

En primer lugar, pregúntate si realmente necesitas acoplar CC. Si puedes acoplar CA, las compensaciones (tanto de tensión como de corriente) serán un problema mucho menor.

En segundo lugar, hay que leer las fichas técnicas con mucha atención y fijarse en lo que no dicen.

En tercer lugar, compre siempre las piezas en fuentes fiables.

En cuarto lugar, evite operar cerca de los raíles a menos que sea realmente necesario. Aunque el amplificador se anuncie como rail-rail.

Pero, en última instancia, siempre existe el riesgo de que las incógnitas desconocidas que no aparecieron con el primer par de prototipos te muerdan cuando intentas ampliar la fabricación.

Answer 3

Los transistores son caprichosos. Tienen una especificación, pero también una especificación mín./máx. El valor mínimo/máximo es lo que se pierde. Los op-amps están hechos de transistores, por lo que heredan las mismas cualidades.

El mínimo/máximo está en una distribución gaussiana. La mayoría se situará en torno a la norma, pero habrá valores atípicos. Creo que tuviste suerte de obtener un rendimiento del 60%.

Hay 3 cosas que puedes hacer.

1. Seleccione componentes muy precisos. Resistencias del 0,1% o mejores y un Op-amp cuya tensión de offset esté dentro de los parámetros. De esta manera, incluso si el desplazamiento es un poco todavía estará dentro de la tolerancia después de la ganancia 100x. (dependiendo de los requisitos de ancho de banda de un amplificador chopper podría funcionar)
2. Consigue un Op-amp que tenga un pin trimmer de offset. Recorta manualmente el offset con un potenciómetro.
3. Añade potenciómetros trimmer a los circuitos de ganancia y offset y recórtalo manualmente de esa forma.

La opción 1 es cara. La opción 2 puede ajustar el desplazamiento, pero la ganancia puede ser errónea. También requiere que alguien recorte el potenciómetro. La opción 3 puede solucionar problemas tanto con el offset como con la ganancia, pero requiere que alguien recorte 2 potes.