¿Cuál es el efecto de un cambio de voltaje en una de las entradas de voltaje de suministro de un opamp en su comportamiento funcional ( puede ser positivo o negativo)?
Supongamos que estoy diseñando un amplificador no inversor con y . Los voltajes de suministro son; y . Y mi opamp es MCP6V31 . ¿Cuál será el voltaje de salida, si mi voltaje de entrada es un voltaje sinusoidal de 1 kHz, 10 mV pico a pico?
Respuestas:
Las respuestas anteriores son insatisfactorias de alguna manera. Andy tiene una suposición y un cálculo incorrectos, mientras que el "marcador de posición" esencialmente le dice que no se puede decir nada concreto ... lo cual no es el caso.
El error de Andy es suponer que en el ejemplo numérico el PSRR debe considerarse a 1 kHz, pero en realidad debe considerarse en DC dada la siguiente declaración del problema (estoy citando en caso de que cambie sin previo aviso [nuevamente]):
Supongamos que estoy diseñando un amplificador no inversor con R1 = 100kO y R2 = 1kO. Los voltajes de suministro son; V + = + 5.0V y V - = - 4.5V. Y mi opamp es MCP6V31. ¿Cuál será el voltaje de salida, si mi voltaje de entrada es un voltaje sinusoidal de 1 kHz, 10 mV pico a pico?
Entonces, del gráfico esperaríamos aproximadamente -90dB PSRR a 0Hz (DC), lo que se traduciría en aproximadamente 3mV DC offset en la salida. Para la señal de entrada indicada, eso apenas se notará porque la salida tendrá un componente de CA de 1Vp-p. Sin embargo, si deja caer la señal de entrada a 10 microvoltios pp, la compensación de CC en la salida causada por el desequilibrio del riel será notable. Prueba de LTspice.
La pregunta como se le preguntó:
Ahora bajando la señal de entrada a diez microvoltios pp.
Hay un desplazamiento de CC visible en la salida ahora. Solo para convencerlo de que se debe principalmente al desequilibrio de la fuente de alimentación, a continuación se muestra lo que sucede si usa rieles perfectamente equilibrados con la misma señal de entrada de 10 microvoltios.
Aquí también hay cierto desplazamiento causado por otras características no ideales del amplificador operacional (voltaje de compensación de entrada, corrientes de polarización de entrada), pero es mucho menor que la causada por el desequilibrio del riel de alimentación.
Obviamente, también puede recortar antes en el riel negativo si eso se desplaza más significativamente (dada una señal de entrada lo suficientemente grande). No estoy agregando un gráfico para eso, ya que es bastante obvio.
Si los rieles de alimentación se mueven hacia arriba y hacia abajo, puede ver cómo esto afecta al amplificador mirando el gráfico de la relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR):
Tomé esta imagen de la hoja de datos y para una señal de 1kHz superpuesta en el riel de alimentación (positiva o negativa) hay 45dB de rechazo. Esto significa que si 1Vp-p 1kHz está en un riel de alimentación, hay un voltaje equivalente en la entrada de: -
Si su ganancia es la unidad, verá este voltaje en la salida. Si su ganancia es 10, verá diez veces este voltaje.
EDITAR Estrictamente hablando, debe usar la ganancia no inversora para determinar el ruido de la fuente de alimentación que se ve en la salida de un amplificador operacional. Esto significa que para una configuración de amplificador operacional inversor con una ganancia de solo 0.01, el ruido de la fuente de alimentación en la salida se multiplica por 1.01 y no por 0.01. Un voltaje de entrada de 1Vp-p 1kHz alimentado a través de un amplificador inversor con una ganancia de 0.01 producirá una salida de 10mVp-p y si el PSRR a 1kHz es 45dB y hay 1kHz 1Vp-p en cualquiera de los rieles de alimentación, todavía habrá virtualmente 5.62mVp-p de ruido en la salida y esto va a estropear la señal.
PSRR en wikipedia
Las asimetrías ferroviarias son difíciles de determinar sin conocer la topología interna del amplificador operacional. Mucha gente piensa que un amplificador operacional es un amplificador operacional, pero en realidad hay muchas implementaciones, tecnologías y compensaciones diferentes.
No obtendrá respuestas definitivas (a menos que el diseñador esté al acecho aquí), pero en general la asimetría se manifiesta de dos maneras. La primera es la excursión de la señal, con el riel desplazado, el rango de operación también cambia, si tiene un amplificador operacional riel a riel y mueve el riel, entonces la señal también se moverá.
El segundo problema se manifiesta en productos de distorsión, a menudo la circuitería interna tiene una funcionalidad complementaria, una referida al riel superior y la otra al riel inferior y ambas con puntos de operación ligeramente diferentes, a medida que la señal se mueve a través de diferentes regímenes de operación del op-amp, aparecen diferentes efectos y se manifiestan principalmente como productos de distorsión (o diferencias de velocidad de respuesta).
Para comprender completamente esto, necesitaría estudiar el amplificador operacional mucho más de lo que realmente necesita.
La mayoría de las restricciones están incrustadas en la hoja de datos. Si sabe lo que está haciendo, puede obtener pistas sobre la topología interna.