Как правильно использовать операционный усилитель?

С тех пор, как я разместил здесь, я никогда не терял возможности использовать операционные усилители, слышать о новых вещах, которых я никогда не слышал раньше (Vom, Vcm и т. д.) Я всегда думал, что OP AMPS - это просто подключить его, и он будет работать каждый раз ... Очень неправильно.

У меня есть пара вопросов, которые были бы очень признательны, если бы кто-нибудь из вас мог ответить на них, прежде чем я их задал, да, я искал последние 2 часа на этом форуме для предыдущих заданных вопросов. Все еще немного сбит с толку, но некоторые вещи прояснились

Чтобы все было согласованно, я бы использовал этот OP AMP на протяжении всего этого примера. MCP601

VCM: синфазный входной диапазон

Вот что я понимаю: это диапазон, который MCP601 может с радостью принять, и при этом ничего не случится, если вы перейдете или выйдете за эти диапазоны, вы увидите неожиданную ошибку.

Пример: вход = аудиосигнал (1,2 В рк-рк) VDD = 4,8 В VSS = GND

VCM - верхний предел = 4,8-1,2 = 3,6

VCM - нижний предел = 0-0,3 = -0,3

VCM - = 3,6 - (- 0,3) = 3,9 В$V_{CM_{PP}}$

$V_{IN}$ - положительный цикл ввода = 600 мВ + (VDD / 2) = 3

$V_{IN}$ - отрицательный цикл ввода = -600 мВ + (VDD / 2) = 1,8

$V_{IN}$ = 1.2Vpk-pk

Смысл входного Vpk-pk подходит?

VOM: колебание выходного напряжения

Вот что я понимаю - это диапазон, который MCP601 способен выводить до отсечения.

Пример: вход = аудиосигнал (1,2 В рк-рк) VDD = 4,8 В VSS = GND GAIN = 3,2

Входное смещение = VDD / 2 RL = 5k

VOM - верхний предел = 0 + 100 мВ = 100 мВ

VOM - нижний предел = 4,8-100 мВ = 4,7 В

VOM - = 4,7-100 мВ = 4,6 В$V_{OM_{PP}}$

$V_o$ - положительный цикл ввода = (3,2 * 600 мВ) + (VDD / 2) = 4,32 В

$V_o$ - отрицательный цикл ввода = (3,2 * -600 мВ) + (VDD / 2) = 0,48 В

V o P $V_o$ - = (4,32-0,48) = 3,84 В (до развязки крышки).$V_{o_{PP}}$

Вот как я понял рассчитывать как для и для . Для меня у этого OP-AMP не должно быть проблем с Vin, а также с удачным усилением Vin, однако произошло обратное, когда он обрезается при 2.84Vpp. Это не имеет большого смысла для меня из расчета выше. VCM должен быть удовлетворен так же, как и VOM. Так как VOM имеет Vpp 4,6 В, что> тогда мое Vo в идеале 3,84 Вpp, а мой VDD 4,8 В, он должен усилиться до 3,84 В без проблем? V O $V_{CM}$$V_{OM}$

Если кто-то может показать мне, как на самом деле рассчитать VCM и VOM, что было бы удивительно, я считаю, что этот метод чего-то не хватает или я не понимаю какую-то фундаментальную логику. Я хотел бы получить возможность понять ограничения ввода и вывода с помощью этого метода.

Эта конфигурация работает, если я увеличу VDD до ~ 6,1 В, если кто-нибудь может объяснить, почему с помощью вычислений VCM и VOM я, вероятно, смогу сопоставить эти два параметра и, возможно, устраню любые мои недоразумения.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Ваш второй лист данных находится в мВ, а не в вольтах, а выходной диапазон соответствует напряжениям питания. Таким образом, при напряжении питания 4,8 В и нагрузке 5 К (до 0 В) линейный выходной диапазон составляет от 0,1 до 4,7 В. Если вы смещаете вход и выход на 2,4 В, вы можете получить 4,6 В р-р. Выход операционного усилителя не может превышать (или даже соответствовать) напряжения питания.

Если вход смещен на 2,4 В, ваш диапазон входного сигнала составляет от -0,3 до 3,6 В, поэтому вы можете обрабатывать только входное напряжение 2,4 В p-p = (3,6-2,4 В) * 2 в зависимости от входного диапазона, однако вы также Необходимо убедиться, что выход не насыщает.

Ваша схема имеет коэффициент усиления +3,2, поэтому входное напряжение должно находиться в диапазоне +/- 0,71875 В или 1,4375 В p-p, что даст полный выходной диапазон, поэтому входной диапазон не ограничен.

Вы можете использовать практически любой операционный усилитель на одном источнике питания, при условии, что у вас достаточно напряжения питания и если вы смещаете вход в пределах рабочего диапазона, и при этом учитываете доступный диапазон выходного сигнала.

В целом, для цепи с низким энергопотреблением вы хотели бы использовать резисторы с более высоким значением, чем вы показываете. Вы загружаете вывод с 5K || (2.2K + 1K), который ниже, чем 5K, очевидно, поэтому колебание выхода не гарантируется. Обычно вы можете подняться как минимум в 10 раз выше для резисторов обратной связи, может быть, значительно больше. Если вы можете увеличить нагрузку до 25К или 100К и увеличить резисторы обратной связи на 100: 1, это было бы лучше. Возможно, вам придется добавить небольшой конденсатор через R3, чтобы обеспечить стабильность, если вы идете очень высоко с резисторами.

Я думаю, что я понял загадку.

Возьмите проект, подобный этому, и используйте операционные усилители до такой степени, как, например, поиск характеристик, которые вы обычно не ожидали бы получить из университета в качестве входного тока смещения , Vom , Vcm и т. Д.

Попытки смешать все эти термины, как правило, сбивают меня с толку и перезаписывают базовые вещи, которые я знал об операционных усилителях.

Когда я впервые был представлен и по какой-то причине, я заставил себя поверить, как будто и не нарушают и тогда отсечение не должно не существует ЭТО НЕПРАВИЛЬНО В С М V я п V о ц т V О М V C $V_{OM}$$V_{CM}$$V_{in}$$V_{out}$$V_{OM}$$V_{CM}$

То, что я не учел, это падение напряжения, которое внутренне имеет операционный усилитель из-за его архитектуры операционного усилителя.

Это означает, что операционный усилитель не может переходить от шины к шине, если он не совершенен (без падения напряжения во внутренних органах).

Для вышеуказанной проблемы используется неинвертирующий усилитель с одним источником питания, а это означает, что он требует смещения, чтобы качать «отрицательный»

Для справки:

таким образом, его 4.576В - 2.288В - 0В

V D D $V_{DD_{pp}}$ = 4,576 В = 2,288 В$V_{DD_{p}}$

В ходе экспериментов я обнаружил, что падение напряжения усилителя составляет около 1,616 Вольт.

Мы сделаем 2 сценария, где,

input_1 = 860mVpp

Input_2 = 1.14Vpp

Gain = 3,2

Input_1: 860mVpp

VCM:

-0,3 < <3,376$V_{IN}$

Vin:

1,858 < <2,718$V_{IN}$

Вин в пределах Vcm

ВОМ:

-15,424 < <15$V_{OUT}$

0,912 < <3,664$V_{OUT}$

Vo находится в пределах Vcm

Вы ожидаете, что ваш сигнал будет вести себя так, как вы предсказывали.

Input_2: 1.14Vpp

VCM:

-0,3 < <3,376$V_{IN}$

Vin:

1,665 < <2,798$V_{IN}$

Вин в пределах Vcm

ВОМ:

-15,424 < <15$V_{OUT}$

0,404 < <4,052$V_{OUT}$

Vo находится в пределах Vcm

Вы ожидаете, что ваш сигнал будет вести себя так, как вы предсказывали, однако это не так .

На моем осциллографе он обрезается при 2,96 Вpp, но мы ожидали, что выход составит 1,14 В * 3,2 = 3,648 Вpp? Происходит падение напряжения операционного усилителя.

Как упомянуто выше, падение напряжения операционного усилителя составляло ~ 1.616Vpp, так что делали математические работы

VDD -Vod = 4,576 - 1,616 = 2,96 Впп! По сути, это говорит нам о том, к чему может привести наш операционный усилитель. Что все имеет смысл сейчас.

По сути, то, что операционный усилитель говорит по железной дороге, это означает, что, по крайней мере, я вижу, что ваши Vin и Vout никогда не будут нарушать операционные усилители VOM и VCM.

Вот почему, когда я увеличиваю VDD ~ 6,1 В, он работает, поскольку операционный усилитель может фактически подняться до ожидаемой выходной мощности 3,648 В пост.

Vdd - Vod = 6.1 - 1.616 = 4.484, поскольку новый предел операционного усилителя теперь равен 4.484Vpp, а с 3.648Vpp <4.484Vpp вы можете увидеть его на выходе.

Vpk-pk = 3,6 - (- 0,3) = 3,9.
Смысл входного Vpk-pk подходит?

Возможно. Средняя точка диапазона CM здесь не Vdd / 2, а 3,9 / 2 = 1,95 В. Это тогда разрешило бы входной сигнал до 3.9Vpp. , Однако ваше усиление будет ограничивать вывод.

Выход остается в линейном диапазоне, если выход не ограничен. Он определен для симметричного ограничения при 100 мВ с обеих шин питания в зависимости от нагрузок> 5 к, подключенных к VL = 2,5 В. Это связано с тем, что операционные усилители CMOS типа rail-to-rail имеют сопротивление при ограничении порядка 250 Ом на драйвере Nch или Pch. Если нагрузка падает до Vss = 0, то выше Vss меньше выпадение, но ниже Vdd больше, так как теперь ток в два раза больше по сравнению со спецификацией с VL@2.5V

Vin {pp} * Av = 1.2 * 2.4 = 3.84Vpp поместится в линейный выходной диапазон, когда входное и разностное задание являются общими (нулевой дифференциал) вблизи середины диапазона CM. (Запомните около 2 В для вашего источника питания). В этом примере это также работает для смещения Vdd / 2 = Vcm.

Совет: используйте значения R min 25k для обратной связи и нагрузки вместе

Выходное сопротивление всех операционных усилителей снижается за счет отрицательного усиления обратной связи. Но отсечение приводит к полной потере отрицательной обратной связи. Так как FET повышается в RdsOn при уменьшении Vgs, которое здесь равно Vdd, известно, что оно быстро возрастает ниже 5 В, так же как логика семейства CD4000, до 1 кОм и выше при Vdd min.