Comportamiento desconcertante del circuito de amplificadores operacionales

Question

Estoy tratando de construir un circuito que puede amplificar 5-20 mV de tensión continua a alrededor de 3-5V. Para lograr esto, estoy usando un circuito estándar de op-amp sin inversión, con ganancia $$\frac{V_\text{out}}{V_\text{in}}=1+\frac{R_f}{R_g}$$ El problema es que la fórmula anterior es inútil para predecir la ganancia y, por tanto, todo el circuito es inútil. Por ejemplo, $$V_\text{in}=0.1V,~R_g=10k\Omega,~R_f\in [0,10k\Omega]\Rightarrow~V_\text{out}^\text{theory}\in [0.1,0.2V]$$ Sin embargo, experimentalmente, estoy obteniendo $$V_\text{out}^\text{exp}\in[3.78,3.81V]$$

Pregunta: ¿Cómo se explica la discrepancia entre el valor de Vout predicho por la teoría y el valor de Vout medido en el experimento?

El circuito que estoy ejecutando (teóricamente)

El circuito que estoy ejecutando (en realidad):

La hoja de datos del amplificador óptico (¿tal vez la orientación es incorrecta?):

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl082-n.pdf

Answer 1

Brhans ya lo tiene bastante claro: El TL082 no es apto para tu problema, ni admite tensiones de entrada cercanas al pin de alimentación negativo, ni es capaz de emitir tensiones cercanas a la alimentación negativa.

El TL082 está pensado para ser alimentado con una tensión negativa muy por debajo de cualquier tensión de señal que se produzca en su circuito. Normalmente, los amplificadores operacionales de este tipo se alimentan de una "fuente dividida" que emite una tensión superior a todas las tensiones de señal positiva como V+ y una segunda tensión V- que es inferior a todas las tensiones de señal negativa en ese circuito. Normalmente, GND está en el centro entre V+ y V-. En tu caso, necesitas que el amplificador operacional funcione cuando tienes una tensión de alimentación positiva que excede significativamente el pico positivo, pero no tienes una tensión de alimentación negativa que exceda el pico negativo, sólo tienes tierra. Como tienes una sola tensión de alimentación "V+" en lugar de dos, llamadas "V+" y "V-", este modo de funcionamiento se llama suministro único Los amplificadores operacionales que funcionan con tensiones de entrada y salida cercanas a tierra se denominan "amplificadores operacionales de alimentación única".

Otro problema es que la hoja de datos comienza con tensiones de alimentación de +/-5V, lo que significa GND + 5V en V+, y GND - 5V en V-, lo que resulta en una diferencia de 10V. No dice nada sobre el funcionamiento con una simple alimentación de 5V, a probablemente el chip tendría un rendimiento bastante pobre incluso si las tensiones de entrada y salida se acercan a los 2,5V.

El LM358 sugerido es un amplificador operacional muy barato que está diseñado para trabajar con entradas cercanas a la alimentación negativa. El Hoja de datos del LM358 Así, en los puntos destacados se indica explícitamente:

Rango de tensión en modo común de entrada que incluye tierra

El voltaje de salida del LM358 debe estar por encima de 0,6V, porque el chip es muy débil para bajar el voltaje. La hoja de datos todavía afirma que la salida puede oscilar a tierra, lo que es técnicamente cierto, si no hay una corriente significativa para hundir.

El LM358 hace no tienen entradas JFET como el TL082 y por lo tanto consume una cantidad medible de corriente en las entradas (mientras que la teoría de los op-amps te dice que un op-amp tendría una resistencia de entrada infinita), esta corriente se llama la corriente de polarización de entrada, y la hoja de datos especifica alrededor de 50 nanoamperios que fluye desde la alimentación positiva fuera de los pines de entrada y debe ser entregada a tierra por circuitos externos. Sin embargo, las resistencias de tu ejemplo son lo suficientemente bajas como para que 50nA no importen. Existen op-amps similares con un solo amplificador en un paquete de 8 pines (LM321) y 4 amplificadores en un paquete de 14 pines (LM324).

Un ejemplo de amplificador de potencia simple más barato que la serie LM321/LM358/LM324 es la serie TLC27x.