Каково влияние асимметрии напряжения питания в топологиях усилителей?

Что такое эффект сдвига напряжения в одном из входов напряжения питания ОУ на его функциональном поведении ( может быть положительным или отрицательный)?$\Delta V$$\Delta V$

Предположим, что я проектирую неинвертирующий усилитель с и . Напряжения питания: и . И мой операционный усилитель - MCP6V31 . Какое будет выходное напряжение, если мое входное напряжение равно синусоидальному напряжению 1 кГц, от пика к пику 10 мВ? $R_1 = 100k\Omega$$R_2 = 1k\Omega$$V_+ = +5.0V$$V_- = -4.5V$

Ответы выше оба являются неудовлетворительными в некоторых отношениях. У Энди неверные предположения и расчеты, в то время как «заполнитель», по сути, говорит вам, что ничего конкретного сказать нельзя ... что не так.

Ошибка Энди состоит в том, что в числовом примере PSRR следует рассматривать на частоте 1 кГц, но на самом деле его необходимо учитывать на постоянном токе, учитывая следующее постановление задачи (я цитирую, если оно изменяется без уведомления [снова]):

Предположим, что я проектирую неинвертирующий усилитель с R1 = 100 кОм и R2 = 1 кОм. Напряжения питания: V + = + 5,0 В и V - = - 4,5 В. И мой операционный усилитель - MCP6V31. Какое будет выходное напряжение, если мое входное напряжение равно синусоидальному напряжению 1 кГц, от пика к пику 10 мВ?

Таким образом, на графике мы ожидаем около -90 дБ PSRR при 0 Гц (DC), что приведет к смещению постоянного тока около 3 мВ на выходе. Для заявленного входного сигнала это будет едва заметно, потому что выход будет иметь переменный компонент 1Vp-p. Однако, если вы уменьшите входной сигнал до 10 микровольт на п.п., смещение постоянного тока на выходе, вызванное дисбалансом шины, безусловно, будет заметно. Доказательство LTspice.

Вопрос как задано:

Теперь падение входного сигнала до десяти микровольт с.

Теперь на выходе есть видимое смещение постоянного тока. Просто чтобы убедить вас в том, что это вызвано главным образом дисбалансом источника питания, ниже приведено описание того, что происходит, если вы используете идеально сбалансированные направляющие при том же входном сигнале 10 микровольт.

Здесь также есть некоторое смещение, вызванное другими неидеальными характеристиками операционного усилителя (входное напряжение смещения, входные токи смещения), но оно намного меньше того, которое было вызвано дисбалансом шины питания.

Очевидно, что вы также можете быстрее обрезать отрицательную шину, если она смещена более значительно (учитывая достаточно большой входной сигнал). Я не добавляю график для этого, поскольку это довольно очевидно.

Если силовые шины перемещаются вверх и вниз, вы можете увидеть, как это влияет на усилитель, посмотрев на график коэффициента отклонения блока питания (PSRR): -

Я взял это изображение из таблицы данных, и для сигнала 1 кГц, наложенного на шину питания (положительного или отрицательного), существует 45 дБ отклонения. Это означает, что если 1Vp-p 1kHz находится на шине питания, на входе имеется эквивалентное напряжение: -

$V_{INPUT} = 10^{(\frac{-45}{20})} = 5.62mV_{P-P}$

Если ваше усиление равно единице, вы увидите это напряжение на выходе. Если ваш коэффициент усиления равен 10, вы увидите это напряжение в десять раз больше.

РЕДАКТИРОВАТЬ Строго говоря, вы должны использовать неинвертирующее усиление для определения шума источника питания, видимого на выходе операционного усилителя. Это означает, что для конфигурации инвертирующего операционного усилителя с коэффициентом усиления всего 0,01 шум источника питания на выходе умножается на 1,01, а не на 0,01. Входное напряжение 1Vp-p 1 кГц, подаваемое через инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 0,01, даст выходной сигнал 10 мВp-p, и если PSRR при 1 кГц составляет 45 дБ и на каждой шине питания будет 1 кГц 1Vp-p, все равно будет практически 5.62mVp-p шума на выходе, и это испортит сигнал.

PSRR в википедии

Рельсовые асимметрии трудно определить, не зная внутренней топологии операционного усилителя. Многие думают, что операционный усилитель - это операционный усилитель, но на самом деле существует множество различных реализаций, технологий и компромиссов.

Вы не получите однозначных ответов (если здесь не скрывается дизайнер), но в целом асимметрия проявляется двумя способами. Во-первых, это экскурсия по сигналу, со смещением рельса также смещается диапазон действия, если у вас есть операционный усилитель от рельса к рельсу, и вы перемещаете рельс, то сигнал также будет двигаться.

Вторая проблема проявляется в продуктах искажения, часто внутренняя схема имеет дополнительные функции, одна связана с верхней шиной, а другая - с нижней шиной, и обе имеют несколько разные рабочие точки, так как сигнал проходит через различные режимы работы операционный усилитель, различные эффекты появляются и проявляются главным образом как продукты искажения (или различия в скорости нарастания).

Чтобы полностью понять это, вам нужно изучить операционный усилитель гораздо больше, чем нужно.

Большинство ограничений встроены в технические данные. Если вы знаете, что делаете, вы можете получить подсказки относительно внутренней топологии.