¿Cómo funciona este circuito inversor opamp con ancho de banda ajustable?

O el autor de mi libro de texto es un sinvergüenza o no tengo los requisitos previos para comprender incluso un simple circuito de amplificador operacional. Entiendo cómo funciona un amplificador inversor básico y entiendo cómo cae la ganancia debido al circuito RC interno (Miller C).

Lo que no entiendo en el siguiente circuito es cómo el valor de la resistencia cambia el ancho de banda. Como el producto de ancho de banda de ganancia es generalmente constante, este circuito debe ser muy inteligente para manipular el ancho de banda sin tocar la ganancia. Adjunto la instantánea completa de la explicación de mi libro de texto. Dice que el ancho de banda varía con y da ecuaciones, pero no explica cómo o por qué. Por favor, ayúdame a entender cómo funciona esto. $R$ $R$

operational-amplifier

— Agentes
fuente

Sin condensadores no tiene sentido, y normalmente ningún circuito se diseñaría de esa manera. Puede hacer lo que usted dice, pero está forzando anormalmente los límites de lo que puede hacer un amplificador operacional. Sospecho que tiene que ver con que R sea un LPF ajustable basado en R sin condensador.

— Sparky256

Sparky256 - No estoy de acuerdo. La modificación del circuito que se muestra es uno de los métodos de compensación de entrada. La resistencia R no tiene influencia en la ganancia de bucle cerrado, pero reduce la GANANCIA DE BUCLE (y, por lo tanto, el ancho de banda de la ganancia de bucle cerrado). Como resultado, se mejora el margen de estabilidad y puede usar opamps que NO son unidades de ganancia compensada para valores de ganancia tan bajos como la unidad.

— LvW

rsadhvika-solo en aras de la exactitud: ¡su primer comentario a la respuesta de ishank es incorrecto! En su respuesta, así como en su comentario, ha olvidado la influencia de la señal de retroalimentación (que también se reduce debido a R).

— LvW

Lea sobre el concepto de 'ganancia de ruido' (es efectivamente la ganancia que existiría si manejara el pin no inversor), ya que es esta ganancia la que está en GBP, y debería ser obvio que la ganancia de ruido en el circuito varía de ~ 21 (1 + 100k / ~ 5k) a ~ 1000 (1 + 100k / ~ 100).

— Dan Mills el

Respuestas:

R_{t h} = R_{1} | | R

$R_{th} = R_1 ||R$

V_{t h} = \frac{V_{i n} (R_{1} | | R)}{R_{1}}

$V_{th} = \frac{V_{in}(R_1||R)}{R_1}$

A_{v} = \frac{V_{o}}{V_{i}} = - \frac{R_{f}}{R_{1}}

$A_v = \frac{V_o}{V_i} = -\frac{R_f}{R_1}$

\frac{V_{o}}{V_{t h}} = - \frac{R_{f}}{R_{1} | | R}

$\frac{V_o}{V_{th}} = -\frac{R_f}{R_1 ||R}$

— ijuneja
fuente

R

$R$

V_{t h}

$V_{th}$

V_{t h} < V_{i n}

$V_{th} \lt V_{in}$

\frac{V_{o}}{V_{t h}}

$\dfrac{V_o}{V_{\color{red}{th}}}$

\frac{V_{o}}{V_{i n}}

$\dfrac{V_o}{V_{\color{red}{in}}}$

Ishank Juneja-ancho de banda está aumentando? ¿Error de tipeo? Por el contrario, la adición de la resistencia disminuye la ganancia del bucle y, por supuesto, también con el ancho de banda del bucle cerrado

— LvW

@rsadhvika absolutamente, ya que Vth es lo que ve el amplificador inversor

— estándar

@LvW para la configuración de amplificador inversor dada, la ganancia de bucle es proporcional a 1 / ganancia, de ahí el resultado.

— ijuneja

Ishank Juneja: lo siento, esto NO es cierto. La ventaja de la modificación del circuito es CANCELAR la conexión directa entre ganancia de bucle y ganancia de bucle cerrado. Como he mencionado, puede tener una ganancia de bucle pequeña (por razones de estabilidad) y, al mismo tiempo, una ganancia de bucle cerrado muy pequeña (ganancia de unidad). Por favor, dígame si me equivoco al decir: la adición de una resistencia R REDUCE el ancho de banda de la ganancia de bucle cerrado (debido a una reducción de ganancia de bucle).

— LvW

Respuesta intuitiva

Dado que R atenúa tanto la entrada como la retroalimentación a 0V, los transistores internos deben usar más ganancia interna para suministrar un voltaje de señal de salida, de modo que la corriente de entrada a Vin (-) se cancela y sigue siendo una tierra virtual. es decir, Vin / Rin = Vout / Rf.

Por lo tanto, atenuar Vin a Vin (-) con Rin a R a gnd no afecta la ganancia del circuito de CC externo, pero los transistores del amplificador operacional tienen que usar más ganancia interna para igualar la salida, pero a expensas de BW debido a GBW fijo.

La ganancia del bucle "DC" externo hasta el nuevo producto GBW atenuado ... es lo que quería TY @LvW

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
fuente

A_{v} = - \frac{R_{f}}{R_{1}}

$A_v = -\dfrac{R_f}{R_1}$

— AgentS

Tony I get it, ty :) Opamp supplies negative voltage to maintain

V_{-} \approx 0 V

$V_- \approx 0V$ . But

V_{i n}

$V_{in}$ is trying to pull

V_{-}

$V_-$ up to

V_{t h}

$V_{th}$ only. Since the output is fixed at

V_{i n} (- R_{f} / R_{1})

$V_{in}(-R_f/R_1)$ , the opamp has to increase its gain to compensate the decreased input.

— AgentS

Tony - do you say that the "outside loop gain" is not affected? I think, in contrary - it is the main purpose of this modification (additional R) to reduce the loop gain thereby improving the stability properties of the closed-loop system. The feedack factor - and with it the loop gain - is reduced to (R1||R)/[(R1||R) + Rf]

— LvW

La modificación del circuito que se muestra con una resistencia R entre los terminales de entrada opamp es un método muy popular para mejorar el margen de estabilidad de la ganancia de bucle cerrado (compensación de entrada).

Para opamps ideales (ganancia de bucle abierto muy grande), la resistencia R no tiene influencia sobre la ganancia de bucle cerrado, pero reduce la GANANCIA DE BUCLE (y, por lo tanto, el ancho de banda de la ganancia de bucle cerrado).

Como resultado, se mejora el margen de estabilidad y se nos permite usar incluso amplificadores opacos que NO están compensados por ganancia de unidad para aplicaciones que requieren valores de ganancia de bucle cerrado tan bajos como la unidad.

Explicación intuitiva (para ganancia de bucle cerrado no afectada): suponiendo que la ganancia de bucle abierto Aol es infinita, la ganancia de bucle cerrado es Acl = -Hf / Hr con

Factor directo Hf = Vn / Vin para Vout = 0 (Vn: Voltaje en el terminal opamp "-") y

Factor de retroalimentación (retorno) Hr = Vn / Vout para Vin = 0.

It is easy to show that the additional resistor R lowers both factors in the same way so that the value of "R" cancels out in the ratio Hf/Hr.

Calculation:

Forward factor: Hf=(Rf||R)/[(Rf||R) + R1]

Feedback factor: Hr=(R1||R)/[(R1||R) + Rf]

After evaluation (and some mathematical manipulations) of the ratio Acl=-Hf/Hr we arrive at Acl=-Rf/R1 (R cancels out).

However, the loop gain (which is essential for stability properties) can be made as low as necessary by varying R:

Loop gain LG=-Hr*Aol (Aol: Open-loop gain of the opamp)

— LvW
fuente

It's worth to mention that this type of compensation increases the noise gain.

— Mike

Mike - yes, that is correct. This effect again shows that - in general - it is not possible to improve one performance parameter without influencing another performance parameter adversely. Hence, each good design is always a trade-off between conflicting effects.

— LvW

How about the gain accuracy?

— analogsystemsrf

I think, the gain accuracy is - as always - determined by the tolerances of the passive parts -as long as the finite open-loop gain of the opamp can be set to approximately infinity.

— LvW

@LvW I feel I get it now. You're using superposition to define forward and feedback factors and the expressions for closed loop gain and loop gain look really neat! Thank you :)

— AgentS