¿Qué es exactamente lo que impide que OpAmps llegue a VCC / GND?

10

Así que he estado leyendo sobre OpAmps y también simulé un poco con Ltspice. Hice un integrador simple con un LM324 OpAmp y se está acercando al riel positivo, pero no es realmente exacto.

¿Qué está causando que OpAmps no alcance los valores exactos exactos del riel? ¿Es el circuito dentro del OpAmp lo que lo limita?

operational-amplifier Karl S.
fuente
No esquemático?
Mitu Raj
Hay amplificadores operacionales basados ​​en la tecnología CMOS que tienen una salida de "riel a riel" (y generalmente también entradas) que casi llegan a los rieles de suministro. Si no está cargando demasiado la salida, eso es.
Bimpelrekkie
Los opamps CMOS, con puertas muy accionadas hacia adelante, pueden tener Rout << 1 ohm. Una carga de 1Kohm permite que su Vout esté a solo 0.1% de distancia de los rieles Por ejemplo, en el proceso 0.6u, la ruta de los FET es 1 / (K * W / L * Ve); con 100uA / voltio ^ 2 * 1,000 / 1 * 5 voltios, el Rout es 1 / 0.5 amp / volt o 2 ohmios. Suponiendo que su Nch FET es 1,000 / 1 o 10 franjas de 100/1.
analogsystemsrf

Respuestas:

18

ingrese la descripción de la imagen aquí

Figura 1. El circuito interno del amplificador operacional LM324.

Tenga en cuenta que cuando la salida se conduce a un nivel alto que el par de transistores Darlington, Q5 y ​​Q6 deben activarse. Dado que las uniones base-emisor de Q5 y ​​Q6 caen aproximadamente 0.7 V cuando está encendido, es lógico pensar que lo máximo que podríamos esperar de este circuito es V + - 1.4 V. Dado que la corriente base de Q5 proviene de la fuente de corriente de 100 µA, debemos permitir la caída de voltaje de eso también.

Cuando se balancea negativamente, Q13 proporciona un camino al suelo. Dado que su base debe ser bajada por Q12 para encenderla, tenemos una versión similar, aunque ligeramente mejorada, del problema.

Debería poder simular cada uno de los casos para los circuitos de accionamiento superior e inferior y ver cuáles son los voltajes de salida mínimos y máximos en cada caso. Luego compárelos con la hoja de datos.

Tenga en cuenta que el rango de voltaje se degradará a medida que aumente la carga Iout (mA).

Transistor
fuente
Pero también vale la pena señalar que si reemplaza la etapa de salida con una sola etapa PNP (sin Darlington), podría hacerlo mucho mejor. El hecho de que esto no se haga generalmente dice mucho sobre las limitaciones de los transistores.
WhatRoughBeast
Es por eso que algunos diseños de amplificadores operacionales tienen una resistencia pull-up en la salida vinculada a Vcc. Esto proporciona un mejor voltaje de apagado para los mosfets de canal p o los transistores pnp.
Sparky256
No hay problema. El rango de oscilación máxima {Vpp / Io} es bastante no lineal debido al sumidero de corriente del emisor de CC y tiene un ESR más bajo por encima de Vo> 2Vdc (por encima de Vee.) Lo que también causa el Vo (sat) que es mucho más que un simple emisor común ( CE) Vce (sat). Dado que los CE son bombas de corriente que se convierten en interruptores cuando están saturados, para una salida ESR baja utilizan al menos colectores comunes de 2 etapas.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75