Estoy tratando de amplificar un 0.5 mV señal de corriente ALTERNA (de alrededor de 4kHz-8kHz, generada por un micrófono) acerca de 50mV. Estoy pensando en usar un amplificador inversor utilizando LM358 op-amp.
La hoja de datos dice que tiene una entrada de voltaje de offset de 2mV. Qué significa que no es posible amplificar las señales en el orden de 2mV?
Más generalmente, ¿cuáles son los parámetros que debo buscar para cuando se trata de diseño de amplificador para este tipo de aplicación?
Qué parámetros en tiempo real de un op amp determinar el voltaje más bajo puede amplificar?
Es todo acerca de la señal (deseado) a ruido (no deseado) (SNR). El LM358 tiene un equivalente de entrada de voltaje de ruido de 55 nV por sqrt(Hz). Ahora que probablemente suena confuso, pero no lo es. Digamos que su ancho de banda es de 10 khz\$^1\$ - el ruido total será de 55 nV x sqrt(10,000) = 5.5 uV RMS.
Si el nivel de la señal es de 500 uV, a continuación, tu SNR es de 20 log (500/5.5) = 39 dB.
Es esto aceptable? No sé, pero estaría bien que en una conversación telefónica.
Qué significa que no es posible amplificar las señales en el orden de 2mV?
No la 2mV figura le dice que con una ganancia de 100 verá una salida de voltaje de offset (un error) de 0.2 V - esto no debería ser normalmente de un problema en un amplificador de CA.
\$^1\$ La responsabilidad recae en el diseñador de incorporar el filtrado suficientemente elimina el ruido por encima de los 10 kHz - por ejemplo, un 1er orden del filtro (un simple capacitor a través de la configuración de la ganancia resistencia de retroalimentación) suele ser suficiente, pero, para este tipo de filtro el "ruido de ancho de banda" será un poco más grande que la determinada por la CR componentes (\$\pi/2\$ más grande). En otras palabras, un 10 khz filtro de ruido de ancho de banda de 15.7 kHz y esto aumentaría el ruido de 5.5 uV RMS a 6.9 uV RMS.
No, el LM358 no trabajo para su aplicación como se describe. Pero no debido a la entrada de voltaje de offset.
La entrada de voltaje de offset es el voltaje que debe ser aplicado a través de los terminales de entrada para que la salida sea forzado a 0V (o cualquiera que sea el resultado se conoce y lo que está eligiendo como tierra). Que podría no ser el más útil descripción, aunque, así que me gusta ver que la entrada de voltaje de offset en el circuito.
La entrada de voltaje de offset puede ser pensado como una tensión en serie con uno (pero no ambos) de las entradas. No importa que uno, y el voltaje de offset puede ser de polaridad, y caer en el rango especificado en la hoja de datos. Es una fuente de DC de error, como lo que amplificar será el voltaje que usted está interesado en ± ese desplazamiento de voltaje en serie con una de las entradas. Así que incluso si usted es la amplificación de 500 µv, y su desplazamiento es el peor de los casos alrededor de 2mV, y desea una ganancia de 100, entonces 0V entrada resultará en 0,2 V en la salida. 500 µv en la entrada tendrá como resultado 0.25 V en la salida. Que es sin duda la amplificación de la señal, pero no es justo que el error superpuesto.
Así que la entrada de voltaje de offset es simplemente eso, un voltaje de CC de desplazamiento que está siempre presente, y será amplificada junto con cualquier otra cosa que está en la entrada. Si usted se preocupa acerca de la medición de un determinado DV nivel de tensión y la necesidad de que se amplifican, entonces el desplazamiento de hecho se presente un problema muy real. Sin embargo, cuando la amplificación de señales de CA, que no es mucho de un problema. Esto ayudará a reducir su rango dinámico y una máxima ganancia, como 2mV de DC voltaje será 2V en la salida con una ganancia de 1000, por lo que es de 2V menos rango de su salida de swing, por lo que el recorte puede ocurrir.
La mala noticia es que este voltaje de offset va a ser bastante aleatorio, incluso entre los dispositivos que se hicieron en la misma oblea. Uno podría ser 2mV, otro de 1 mv, quién sabe. Peor aún, el desplazamiento se desplaza con el tiempo y la temperatura.
La buena noticia es que esto contribuye a la DC de error. Estás en la amplificación de una señal de CA. Será CA acoplada. Recuerde, el desplazamiento de DC es sólo eso - un voltaje de DC que de la señal de CA se superponen. El bloqueo de la componente continua (DC) con un condensador, que le dejará con la señal de CA.
Así, sólo con eso en mente, el LM358 iba a funcionar perfectamente. Sólo, no se. Es demasiado lento. Lo siento. Se tiene una ganancia de ancho de banda producto de 0.7 MHz. Eso significa que es la ganancia cae a 1 en esa frecuencia. Puesto que su ganancia es de 100, por lo que sólo será capaz de amplificar las señales que se 7000Hz (700,000 Hz / 100) o menos. Las señales de arriba que se vea sustancialmente menor que 100 veces la ganancia, lo que significa que usted tendrá significativa dependiente de la frecuencia distorsión en la salida.
Ahora, si usted puede arreglar para un poco menos de ganancia, como 80 en lugar de 100, entonces usted puede conservar toda la amplificación por encima de su rango de frecuencia deseada. En ese caso, el LM358 funcionará bien. Así, "bien". Tiene un montón de cruzar la distorsión, pero dudo que será un gran degradador de la fidelidad de audio cuando su entrada es un micrófono. Es decir, el LM358 es bastante cutre amplificador de audio, pero funciona muy bien si el audio es aún crappier, que definitivamente va a ser que viene de un estrecho rango de micrófono eléctrico.
Reducir su ganancia a 80 y no esperar a la calidad de CD de audio o nada, y entonces el LM358 debería funcionar bien.
Además de la ganancia de ancho de banda del producto (que es probablemente el parámetro más importante para la amplificación de señales de CA, en que si es demasiado bajo, entonces usted simplemente no puede usar ese op amp y tendrá que encontrar a uno más rápido. Pero mientras usted no está pidiendo para superar esto, deja de ser particularmente importante. Es un todo o nada parámetro), cosas como CMRR (que es la forma como el op amp rechazar las señales que son comunes a ambas entradas - en otras palabras, toda la basura que NO es el de la señal), el voltaje de entrada de ruido y la ganancia de voltaje en la carga son probablemente muy importante.
Voltaje de entrada de ruido se amplifica por su ganancia, al igual que su señal y el desplazamiento, así que si tu ruido de entrada es 50µV, que es mucho más como el límite duro que te estás imaginando voltaje de offset. Cualquier señal de que es 50µV o menos acaba de ser ahogado en el ruido, y habrá variaciones aleatorias de 50µV y en todas partes de abajo constantemente superpuesta a la tensión de entrada, así que tenlo en cuenta. Me gusta imaginar el ruido, desplazamiento, todas esas cosas como fuentes de voltaje en serie con una entrada, y en efecto, pueden ser modelados de esa manera. Pero me parece que me ayuda a partir de una comprensión intuitiva de la posición.
La ganancia de voltaje, generalmente se mide en lo que parece tonto, como unidades V/mV, es la ganancia que se puede esperar con una cierta cantidad de carga en la salida. Muchos amplificadores comenzará a perder mucho de su amplificación si empiezan a exigir que la unidad de muy baja impedancia de carga, por lo que basta con comprobar que para estar seguro.
De todos modos, los amplificadores son afortunadamente un poco más fácil de usar y no son menos los parámetros críticos si usted está utilizando un amplificador de CA de la aplicación. Como el tiempo no es demasiado lento, no muy ruidoso, y la entrada de la unidad de la impedancia de entrada y la salida del opamp puede conducir por lo que la impedancia de carga de la salida, que generalmente no se ejecute en cualquier sorpresas. Las cosas se ponen mucho más desagradable si usted está utilizando para la DC cosas.
A partir de su pregunta, usted, al parecer, una ganancia de 100.
El \$V_{OS}\$ término también se multiplica por la que la ganancia, por lo que el amplificador de salida tendrá un desplazamiento de DC de +/- 200mV (típico a 25 ° c), pero puede ser tan alto como +/- 700mV. Tenga en cuenta que la salida de CC de desplazamiento puede ser positivo o negativo.
Si este desplazamiento es de ninguna preocupación, ya que el 50mV señal de ca no se enfoque el poder rieles al montar en este desplazamiento siempre y cuando proporcione el dispositivo con un adecuado suministro que garantice la salida no se enfoque positivo de ferrocarril más cerca de 1.5 V y el ferrocarril negativo por 2V, entonces usted debe estar bien si sólo se preocupan de la señal de ca en la salida.
Tenga en cuenta que debido a que la retroalimentación es máxima resistencia generalmente usado es de alrededor de 100k, el resistor de entrada sería de 1k, y esta es la carga de la señal de entrada iba a ver; usted tendrá que asegurarse de que su señal de entrada puede manejar esta carga.
La transformación de la señal de 0.5 mV a 50mV requiere una ganancia de 100. El 2mV de desviación de entrada en el amplificador operacional se desplazará a la salida del amplificador, por la cantidad de veces que la ganancia por lo que en este caso podría contribuir a 200mV de desplazamiento de DC de la señal. Este desplazamiento puede ser un -200mV o +200mV dependiendo de la polaridad de la entrada offset y la ganancia de configuración de invertir o no invertir.
Si usted puede CA par de la señal a la siguiente etapa, a continuación, este desplazamiento puede no ser de mucha preocupación mientras la señal amplificada se queda en el medio de salida del amplificador de rango.
Si usted requiere un acoplado en DC de la señal, entonces usted podría seleccionar un mejor grado de amplificador con pequeñas máximo voltaje de offset o usted puede configurar una anulación de desfase de ajuste con un potenciómetro para cancelar el amplificador de desplazamiento.
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