¿Qué parámetro del op-amp indica la tensión mínima amplificable?

Question

Soy un novato tratando de medir voltajes de rango V usando op-amps baratos, con algunas calibraciones de software o correcciones de error, para la educación y la práctica .

Al principio, miré algunas hojas de datos de amplificadores operacionales y busqué parámetros con su unidad definida como "mV" o "V", porque pensé que debía indicarse como voltios, pero no encontré nada que pudiera relacionar excepto Vio. Creo que ese parámetro mencionado al que llamo "sensibilidad" debería ser Vio (tensión de offset de entrada), porque es la tensión diferencial mínima que puede hacer que la salida no sea cero, y por tanto, amplificarla.

Según este documento de TI se define como:

La tensión de offset de entrada se define como la tensión que debe aplicarse aplicar entre los dos terminales de entrada del amplificador óptico para obtener un voltios en la salida.

Entonces, este parámetro desconocido, ¿es el Vio?

Si la respuesta es afirmativa, el LM358 La hoja de datos menciona un Vio de 7 mV máximo; esto significa que, por ejemplo, una tensión diferencial de 1 V y 1,007 V debe ser amplificada. Pero la pregunta es, ¿cambia la salida cuando cambiamos de 1,007000 V a 1,007001 V? Además, en algunos op-amps, la tensión de offset es "anulable". ¿Afecta esto a la sensibilidad?

Si la respuesta es no, entonces ¿qué parámetro indica la tensión mínima? Entonces, ¿sabemos si este op-amp es bueno para usar en el rango de V o incluso nV?

Gracias por su tiempo y conocimientos.

Answer 1

Los opamps son analógico . No hay paso más pequeño para ellos.

En cambio, hay varias fuentes de ruido, que se indican en las hojas de datos, que se comparan con la magnitud de la señal para obtener una relación señal/ruido (SNR).

Cuando se conoce la SNR se puede calcular el tiempo de integración necesario para discernir un determinado paso de tensión.

Sin embargo, No es posible integrar de forma arbitraria para conseguir una precisión arbitraria. Hay es un límite de precisión fundamental. Como hablas de mediciones de nanovoltios, supongo que tienes una baja impedancia de la fuente y el ruido de la corriente es intrascendente.

En este caso, la precisión base viene dada por el punto donde la pendiente 1/f de la densidad de ruido de la tensión de entrada cruza 1 Hz . Por ejemplo, para el OPA211 :

Tiene un ruido de banda ancha muy bajo, pero debido al ruido 1/f, es imposible hacer una medida de tensión continua, más precisa que 6 nV, independientemente del tiempo de integración.

Debido al ruido 1/f, la precisión tiene un límite inferior. Así que lo que debes buscar son opamps con bajo ruido de tensión 1/f, por ejemplo, opamps de deriva cero.

Alternativamente, puedes hacer mediciones de voltaje de CA, pero no voy a entrar en esto ya que tu pregunta no sugiere que puedas modular la fuente fácilmente.

Sobre el LM358:

En mi opinión, la tensión y la corriente de offset de entrada son intrascendentes. Se trata de compensaciones estáticas, que puedes compensar fácilmente por software, a menos que dejes que saturen el amplificador óptico debido a las ganancias ultra de 1000 o algo así. El ruido del que se habla arriba es dinámico y no se puede eliminar simplemente por software. Para el LM358 Sólo he podido encontrar un gráfico hasta 10 Hz:

Sin pensar demasiado, se puede adivinar que el ruido a 1 Hz será de aproximadamente \$\sqrt{10}\$ veces mayor, por lo que la precisión base será de unos 174 nV, para tiempos de integración de al menos unos segundos.

Answer 2

No hay un umbral mínimo, pero...

La tensión de offset de entrada puede añadir un error importante a la pequeña tensión que se intenta medir. Esto sólo es un problema si la señal es de CC: un poco de desplazamiento de CC no cambia el valor pico a pico o RMS de una señal de CA, sólo desplaza toda la señal. Si puedes encender y apagar la tensión a medir, y utilizas un ADC después del amplificador óptico, también puedes medir el offset sin señal, luego encender la señal, medir de nuevo y restar, lo que elimina el offset. También se puede recortar el offset con un circuito que desplace la tensión de entrada, y en este caso la especificación importante se convierte en la deriva frente a la temperatura.

El offset puede ser un problema por otra razón: si el circuito tiene mucha ganancia (digamos, 10000) y el amplificador óptico tiene un offset de 1mV, entonces dará una salida de 10V. Si el amplificador óptico sólo tiene una fuente de alimentación de 5V, entonces se cortará, por lo que no funcionará.

Otro problema es el ruido, que puede oscurecer la señal. Puedes promediar con un filtro de paso bajo o hacer muchas mediciones con tu ADC para eliminar el ruido, pero si eso lleva demasiado tiempo, entonces necesitas un opamp de menor ruido.

Answer 3

No hay una tensión mínima que pueda ser amplificada por los amplificadores operacionales.

Las señales de tensión de nV, desde el punto de vista de los amplificadores operacionales, tienen la misma dignidad que las señales de mV o V.

Los amplificadores de RF, por ejemplo, amplifican las señales de nanovoltios que llegan desde la antena.