Control del ruido en el diseño de circuitos de op-amplificadores mediante el uso de op-amplificadores de baja especificación

Question

Tengo un problema bastante extraño. Tengo un circuito protoboard en una PCB de doble cara con mucho plano de tierra y una buena fuente de alimentación bien desacoplada. Estoy amplificando una pequeña señal de frecuencia media (mV, cientos de kHz) y filtrando paso banda la región de interés.

Inicialmente, pensé en utilizar el AD829 - muy bajo ruido, mucho ancho de banda. El problema parece ser el es demasiado ¡Bien! Me estaba filtrando mucho ruido, especialmente a altas frecuencias. Así que cambié los AD829 por los baratos TL051 (10 veces peor especificación de ruido, 30 veces menor ancho de banda). Problema resuelto: ¡se acabó el ruido!

Ahora, obviamente, el problema ha desaparecido porque el TL051 no puede manejar mucha frecuencia alta, lo cual está bien. Lo que me preocupa son dos cosas. En primer lugar, ¿hasta qué punto es legítimo utilizar componentes de baja especificación para "ocultar" un problema como éste? Y segundo, ¿acaso los fabricantes "mejoran" alguna vez las especificaciones de sus amplificadores? Algún día, ¿pondré un TL051 que haya sido mejorado y descubriré que el producto ya no funciona?

Esta es la sección de paso de banda que realmente se ve mal con AD829s

Answer 1

La pregunta es si el ruido adicional es relevante para lo que se pretende conseguir. En otras palabras, ¿está el ruido en el ancho de banda de interés de tu señal? Si no es así, ¿puede causarte problemas? Además, ¿está sacrificando algo al utilizar el TL051? Si no es así, utilícelo, pero hay otras consideraciones a tener en cuenta.

Los optoamplificadores pueden especificar tantos nanovoltios por hercio raíz, pero también está el ruido L.F. (normalmente especificado como tantos microvoltios pico a pico entre 0,1 Hz y 10 Hz). ¿Fue el "llamado" buen dispositivo en realidad peor que el TL051 en esta área. Por cierto, no lo he mirado, así que no lo sé, pero no hay que hacer suposiciones.

La otra fuente de ruido igualmente importante se debe a las corrientes de polarización de entrada, que suelen ser del orden de picoamperios por hercio raíz. Si utilizas resistencias de entrada/retroalimentación grandes, este ruido puede dominar y puede que el TL051 sea significativamente mejor que el AD829 en esta área. Una vez más, no he mirado, pero siempre es mejor no hacer suposiciones.

EDIT - el TL051 es 150 veces mejor que el AD829 en cuanto a ruido de corriente de entrada. TL051 es 0.01pA por sqrt (Hz) mientras que el AD829 es 1.5pA por sqrt (Hz). Esto supondrá una diferencia significativa si el tamaño de las resistencias en las entradas y la realimentación es de 1 kohmio o superior. A 1 kohmio, el ruido de corriente de entrada del AD829 alcanza aproximadamente el mismo nivel que su ruido de tensión de entrada y a 10 kohmios es comparable con el ruido de tensión del TL051.

La relación de rechazo de la fuente de alimentación es otro aspecto a tener en cuenta: si hay ruido en la fuente de alimentación (como es inevitable), ¿qué dispositivo lo rechaza mejor?

Rechazo en modo común: si la configuración del amplificador es diferencial, es natural suponer que el ruido en modo común será siempre cercano a cero; no es así, compruebe las hojas de datos y verá que la relación R.M.C. empeora mucho a frecuencias más altas.

¡¡¡Sólo intento decir que siempre es un panorama más complejo!!!

Answer 2

Por tu esquema, parece que estás no utilizando el pin de compensación para el AD829. La hoja de datos recomienda el uso de hasta 68pF en este tipo cuando se ejecuta con baja ganancia. Dado que este chip es tan rápido, a menudo puede tener retroalimentación positiva no intencional a altas frecuencias debido a la disposición.

Yo recomendaría examinar si debe o no utilizar la compensación del pin 5 en esta aplicación.

Answer 3

Por lo general, puede contar con que los parámetros "típicos" no varíen demasiado mucho de las especificaciones publicadas, pero eso podría ser 3:1, por lo que no es prudente depender de ellas demasiado mucho. Si eso suena vago, lo es. No van a hacer que un amplificador de 3MHz como el TL051 funcione a 100MHz, de lo contrario muchas aplicaciones experimentarían comportamientos indeseables como la oscilación (no deseada). El ancho de banda de ganancia unitaria es probablemente una de las características mejor controladas, aunque no especificadas. Yo esperaría un +/-30% a 3 sigmas, pero es sólo una suposición, y no vale más de lo que has pagado por él. Suele variar un 10% con la temperatura, además de las variaciones entre unidades.

Comparar el ruido de un amplificador de vídeo bipolar con un amplificador de audio JFET va a depender mucho de tu circuito. Parece que hay ruido autogenerado por otras partes del circuito (quizá la fuente de alimentación conmutada) o fuentes externas que atraviesan el filtro de paso de banda, más que ruido intrínseco del amplificador.

Una de mis manías es que a menudo no indican la frecuencia de esquina 1/f para el ruido de corriente, lo que significa que no se puede predecir realmente cuánto será el ruido RMS total si es menor que la frecuencia de prueba indicada, También a menudo truncan la curva de tensión de ruido por debajo de las frecuencias donde los amplificadores multietapa tienen una enorme joroba en el ruido. Por ejemplo, el excelente LT1028 tiene un ruido aproximadamente 7:1 más alto a 300 kHz que a frecuencias más bajas en la región de ruido blanco.

Otro problema es el comportamiento no lineal en presencia de ruido intenso: los amplificadores bipolares tienden a ser peores que los amplificadores JFET.