¿Cómo usar adecuadamente un amplificador operacional?

Desde que publiqué aquí, nunca me había perdido tanto el uso de amplificadores operacionales antes, escuchando cosas nuevas que nunca había escuchado antes (Vom, Vcm, etc.). Siempre pensé que OP AMPS es solo enchufarlo y funcionará siempre ... Muy mal.

Tengo un par de preguntas que agradecería mucho si alguno de ustedes pudiera responderlas, antes de hacerlas, sí, he estado buscando las últimas 2 horas en estos foros para preguntas anteriores que se hicieron. Todavía un poco confundido, pero aclaró algunas cosas.

Para mantener las cosas consistentes, estaría usando This OP AMP a lo largo de todo este ejemplo. MCP601

VCM: rango de entrada en modo común

Esto es lo que entiendo: es el rango del cual el MCP601 puede aceptar felizmente sin que nada salga mal, si uno superara o debajo de estos rangos, el operador verá un error inesperado.

Ejemplo: Entrada = Señal de audio (1.2V pk-pk) VDD = 4.8V VSS = GND

VCM - Límite superior = 4.8-1.2 = 3.6

VCM - Límite inferior = 0-0.3 = -0.3

VCM - = 3.6 - (- 0.3) = 3.9V$V_{CM_{PP}}$

$V_{IN}$ - Ciclo positivo de entrada = 600mV + (VDD / 2) = 3

$V_{IN}$ - Ciclo negativo de entrada = -600mV + (VDD / 2) = 1.8

$V_{IN}$ = 1.2Vpk-pk

¿Significa que la entrada Vpk-pk es adecuada?

VOM: oscilación de voltaje de salida

Esto es lo que entiendo: es el rango del cual el MCP601 es capaz de emitir antes de recortar.

Ejemplo: Entrada = Señal de audio (1.2V pk-pk) VDD = 4.8V VSS = GND GAIN = 3.2

Sesgo de entrada = VDD / 2 RL = 5k

VOM - Límite superior = 0 + 100mV = 100mV

VOM - Límite inferior = 4.8-100mV = 4.7V

VOM - = 4.7-100mV = 4.6V$V_{OM_{PP}}$

$V_o$ - Ciclo positivo de entrada = (3.2 * 600mV) + (VDD / 2) = 4.32V

$V_o$ - Ciclo negativo de entrada = (3.2 * -600mV) + (VDD / 2) = 0.48V

V o P $V_o$ - = (4.32-0.48) = 3.84V (antes de desacoplar la tapa).$V_{o_{PP}}$

Así es como entendí calcular para y . Para mí, este OP-AMP no debería tener un problema con el Vin, así como también amplificar felizmente el Vin, sin embargo, sucedió lo contrario cuando se acorta a 2.84Vpp. Esto no tiene mucho sentido para mí del cálculo anterior. El VCM debe estar satisfecho al igual que el VOM. Como el VOM tiene un Vpp de 4.6V que es> entonces mi Vo de 3.84Vpp idealmente y mi VDD de 4.8V debería amplificarse a 3.84Vpp ¿no hay problema? V O $V_{CM}$$V_{OM}$

Si alguien puede mostrarme cómo calcular realmente VCM y VOM que sería increíble, creo que a este método le falta algo o no entiendo alguna lógica fundamental. Me gustaría obtener la capacidad de comprender las limitaciones de entrada y salida a través de este método.

Esta configuración funciona si aumento el VDD a ~ 6.1V si alguien puede explicar por qué a través de los cálculos de VCM y VOM probablemente pueda correlacionar los dos y probablemente aclare cualquier confusión que tenga.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Su segundo recorte de la hoja de datos está en mV, no en voltios, y el rango de salida es relativo a los voltajes de suministro. Entonces, con un suministro de 4.8V y una carga de 5K (a 0V), el rango de salida lineal es de 0.1 a 4.7V. Si sesga la entrada y la salida a 2.4V, puede obtener 4.6Vp-p. La salida del amplificador operacional no puede exceder (o incluso cumplir) los voltajes de suministro.

Si la entrada está polarizada a 2.4V, su rango de entrada es de -0.3 a 3.6V, por lo que solo puede manejar un voltaje de entrada de 2.4Vp-p = (3.6-2.4V) * 2, según el rango de entrada, sin embargo, también necesita asegurarse de que la salida no se sature.

Su circuito tiene una ganancia de +3.2, por lo que el voltaje de entrada debe estar dentro del rango de +/- 0.71875V o 1.4375Vp-p, lo que producirá el rango de salida completo, por lo que el rango de entrada no es limitante.

Puede usar prácticamente cualquier amplificador operacional en una sola fuente de alimentación, siempre que tenga suficiente voltaje de alimentación y proporcione la entrada dentro del rango de trabajo y tenga en cuenta el rango de salida disponible.

En general, para un circuito de baja potencia, querrá usar resistencias de mayor valor del que muestra. Está cargando la salida con 5K || (2.2K + 1K) que es inferior a 5K, obviamente, por lo que la oscilación de salida no está garantizada. Normalmente, puede ir al menos 10 veces más alto para las resistencias de retroalimentación, tal vez considerablemente más. Si puede aumentar la carga a 25K o 100K, y aumentar las resistencias de retroalimentación en 100: 1, sería mejor. Es posible que tenga que agregar un pequeño condensador a través de R3 para garantizar la estabilidad si va muy alto con las resistencias.

Creo que descubrí el enigma.

Tomar un proyecto como este y usar amplificadores operacionales hasta este punto, como buscar características que normalmente no buscarías al salir de la universidad como entrada de polarización actual , Vom , Vcm , etc.

Intentar trotar todos estos términos tiende a confundirme y sobrescribir las cosas básicas que sabía sobre los amplificadores operacionales.

Cuando me presentaron por primera vez y por alguna razón, me hice creer que si y no violaban y entonces el recorte no debería no existe Esto es completamente incorrecto V C M V i n V o u t V O M V C $V_{OM}$$V_{CM}$$V_{in}$$V_{out}$$V_{OM}$$V_{CM}$

Lo que no tomé en cuenta es la caída de voltaje que el amplificador operacional tiene internamente debido a su arquitectura del amplificador operacional.

Lo que significa que ningún amplificador operacional puede ir de riel a riel a menos que sea perfecto (sin caída de voltaje en las partes internas).

El problema anterior es un amplificador no inversor de fuente de alimentación única, lo que significa que requiere un sesgo para oscilar "negativo"

Para referencia:

así, es 4.576V - 2.288V - 0V

$V_{DD_{pp}}$$V_{DD_{p}}$

A través de experimentos, descubrí que la caída de voltaje del amplificador es de alrededor de ~ 1.616Vpp

Haremos 2 escenarios de casos donde,

input_1 = 860mVpp

Entrada_2 = 1.14Vpp

Ganancia = 3.2

Entrada_1: 860mVpp

VCM:

$V_{IN}$

Vin:

$V_{IN}$

Vin está dentro del rango de Vcm

VOM:

$V_{OUT}$

$V_{OUT}$

Vo está dentro del rango de Vcm

Es de esperar que su señal se comporte como lo predijo.

Entrada_2: 1.14Vpp

VCM:

$V_{IN}$

Vin:

$V_{IN}$

Vin está dentro del rango de Vcm

VOM:

$V_{OUT}$

$V_{OUT}$

Vo está dentro del rango de Vcm

Es de esperar que su señal se comporte como lo predijo, pero no lo es .

En mi osciloscopio se recorta a 2.96Vpp pero esperábamos que la salida fuera 1.14Vpp * 3.2 = 3.648Vpp? Lo que está sucediendo es la caída de voltaje del amplificador operacional.

Como se mencionó anteriormente, la caída de voltaje del amplificador operacional fue de ~ 1.616Vpp, por lo que hacer los cuentos matemáticos

VDD -Vod = 4.576 - 1.616 = 2.96Vpp !! Básicamente, esto nos dice a qué puede conducir nuestro amplificador operacional. Lo cual tiene sentido ahora.

Esencialmente, lo que dice un amplificador operacional rail-to-rail significa que al menos lo que puedo ver es que su Vin y Vout nunca violarán los amplificadores operacionales VOM y VCM

Es por eso que cuando aumento VDD ~ 6.1V funciona, ya que el amplificador operacional puede conducir hasta la salida esperada de 3.648Vpp de la siguiente manera:

Vdd - Vod = 6.1 - 1.616 = 4.484 ya que el nuevo límite del amplificador operacional ahora es 4.484Vpp y desde 3.648Vpp <4.484Vpp puede verlo en la salida.

Vpk-pk = 3.6 - (- 0.3) = 3.9V.
¿Significa que la entrada Vpk-pk es adecuada?

Posiblemente. El punto medio del rango CM no es Vdd / 2 aquí, sino 3.9 / 2 = 1.95V. Esto permitiría una señal de entrada de hasta 3.9Vpp. . Sin embargo, su ganancia recortaría la salida.

La salida permanece en el rango lineal si la salida no es recorte. Se define para el recorte simétrico @ 100mV desde ambos rieles de suministro dependiendo de las cargas> 5k conectadas a VL = 2.5V. Esto se debe a que los amplificadores operacionales de riel a riel CMOS tienen una resistencia al recorte del orden de 250 ohmios en el controlador Nch o Pch. Si la carga va a Vss = 0, entonces hay menos abandono por encima de Vss pero más abandono por debajo de Vdd, ya que ahora hay el doble de la corriente en comparación con la especificación con VL@2.5V

Vin {pp} * Av = 1.2 * 2.4 = 3.84Vpp se ajustará en el rango de salida lineal cuando la entrada y la referencia de diferencia son comunes (diferencial cero) cerca del centro del rango de CM. (Recuerde cerca de 2V para su suministro) También funciona para Vdd / 2 = Vcm sesgo en este ejemplo.

Consejo: use valores R min de 25k para retroalimentación y carga combinada

La resistencia de salida de todos los amplificadores operacionales se reduce por la ganancia de retroalimentación negativa. Pero el recorte resulta en una pérdida total de retroalimentación negativa. Dado que el FET aumenta en RdsOn cuando Vgs reduce, que aquí es Vdd, se sabe que sube rápidamente por debajo de 5V al igual que la lógica de la familia CD4000 hacia 1kOhm y más alto en Vdd min.