Bagaimana cara menggunakan op-amp dengan benar?

9

sejak posting di sini saya tidak pernah kehilangan penggunaan op-amp sebelumnya, mendengar hal-hal baru yang belum pernah saya dengar sebelumnya (Vom, Vcm dll). Saya selalu berpikir OP AMPS cukup tancapkan dan itu akan berfungsi setiap saat ... Sangat salah.

Saya punya beberapa pertanyaan yang akan sangat dihargai jika ada di antara Anda yang bisa menjawabnya, sebelum saya bertanya, ya saya telah mencari 2 jam terakhir di forum ini untuk pertanyaan sebelumnya yang diajukan. Masih sedikit bingung tetapi itu jelas beberapa hal.

Agar semuanya tetap konsisten, saya akan menggunakan OP AMP ini di seluruh contoh ini. MCP601

VCM: Rentang Input Mode Umum

Inilah yang saya mengerti - Apakah kisaran MCP601 dapat dengan senang hati menerima dengan tidak ada yang salah, jika seseorang pergi ke atau di bawah rentang ini op Anda akan melihat kesalahan yang tidak terduga.

Contoh: Input = Sinyal Audio (1.2V pk-pk) VDD = 4.8V VSS = GND masukkan deskripsi gambar di sini

VCM - Batas atas = 4,8-1,2 = 3,6

VCM - Batas bawah = 0-0,3 = -0,3

VCM - = 3,6 - (- 0,3) = 3,9VVCMPP

VIN - Siklus input positif = 600mV + (VDD / 2) = 3

VIN - Siklus Negatif input = -600mV + (VDD / 2) = 1,8

VIN = 1.2Vpk-pk

Berarti input Vpk-pk cocok?

VOM: Ayunan Tegangan Keluaran

Inilah yang saya mengerti - Rentang yang MCP601 mampu menghasilkan sebelum memotong.

Contoh: Input = Sinyal Audio (1.2V pk-pk) VDD = 4.8V VSS = GND GAIN = 3.2

Input Bias = VDD / 2 RL = 5k

masukkan deskripsi gambar di sini

VOM - Batas atas = 0 + 100mV = 100mV

VOM - Batas bawah = 4.8-100mV = 4.7V

VOM - = 4.7-100mV = 4.6VVOMPP

Vo - Siklus input positif = (3,2 * 600mV) + (VDD / 2) = 4,32V

Vo - Siklus Negatif input = (3,2 * -600mV) + (VDD / 2) = 0,48V

V o P PVo - = (4.32-0.48) = 3.84V (Sebelum Cap decoupling).VoPP

Inilah yang saya mengerti untuk menghitung untuk dan . Bagi saya OP-AMP ini seharusnya tidak memiliki masalah dengan Vin dan juga dengan senang hati memperkuat Vin, tetapi sebaliknya terjadi ketika klip di 2.84Vpp. Ini tidak masuk akal bagi saya dari perhitungan di atas. VCM harus dipenuhi seperti halnya VOM. Karena VOM memiliki Vpp 4,6V yang> maka Vo saya idealnya 3,84Vpp dan VDD saya menjadi 4,8V itu harus diperkuat menjadi 3,84Vpp tidak masalah? V O MVCMVOM

Jika ada yang bisa menunjukkan kepada saya bagaimana sebenarnya menghitung VCM dan VOM yang akan luar biasa, saya percaya metode ini kehilangan sesuatu atau saya tidak memahami beberapa logika mendasar Saya ingin mendapatkan kemampuan untuk memahami batasan input dan output melalui metode ini.

Konfigurasi ini berfungsi jika saya meningkatkan VDD ke ~ 6.1V jika ada yang bisa menjelaskan mengapa melalui perhitungan VCM dan VOM saya mungkin bisa menghubungkan keduanya dan mungkin akan menghapus semua kebingungan yang saya miliki.

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Pllsz
sumber
2
Memberi +1 pada pertanyaan. Ngomong-ngomong, saya pikir Anda harus menghabiskan waktu mempelajari skema dari opamp input diff-pair BJT. Ini akan banyak membantu. Anda akan jauh lebih memahami jangkauan input mode umum dan juga output. Tiba-tiba, Anda akan "melihat" ketika Anda memeriksanya dengan cermat. Tetap "jauh" akan mencegah Anda dari "melihat" dengan jelas dan sebagai gantinya hanya memberi Anda banyak "aturan praktis." Melihat desain opamp tertentu akan memberi tahu Anda lebih banyak dan memungkinkan Anda berpikir sendiri tentang pertanyaan-pertanyaan ini.
Jonk
Saya menghargai 1-up! Saya 100% setuju dengan Anda, saya berharap sekolah mengajarkan karakteristik op-amp ini. Saya merasa tidak melakukan pertanyaan dan keadilan. Frekuensi op-amp saya tidak berfungsi karena keterbatasan input dan output hanya mengganggu dan bukan hal yang mudah untuk mencari di internet juga ...
Pllsz
Coba lihat beberapa pertanyaan yang ada: (1) Jalur Saat Ini , penguat AB , dan LM380 . Ketiganya berurusan dengan LM380. Hal pertama yang harus dipahami adalah "pasangan" diferensial-tahap input. Ikuti itu dan bagian mode umum mudah.
Jonk
1
Setiap kali seseorang bertanya tentang opamps dan bagaimana menggunakannya, saya sarankan membaca "opamps untuk semua orang", itu ebook gratis: web.mit.edu/6.101/www/reference/op_amps_everyone.pdf
Bimpelrekkie
Saya berlari melalui ini berkali-kali, saya setuju dengan ebook yang luar biasa karena tidak jelas sesuatu, tetapi tidak menjawab beberapa pertanyaan spesifik saya. Sebagai contoh itu tidak benar-benar memberitahu Anda bagaimana memeriksa ayunan tegangan keluaran, sebaliknya ia memberi tahu Anda jika lembar data menentukan RL = 50 itu dapat mendorong lebih banyak hal daripada RL = 25k
Pllsz

Jawaban:

3

Snip datasheet kedua Anda dalam mV bukan volt, dan rentang output relatif terhadap tegangan suplai. Jadi dengan pasokan 4.8V dan beban 5K (ke 0V) kisaran output linier adalah 0,1 hingga 4,7V. Jika Anda bias input dan output pada 2.4V Anda bisa mendapatkan 4.6Vp-p. Keluaran op-amp tidak dapat melebihi (atau bahkan memenuhi) tegangan suplai.

Jika input bias pada 2,4V, rentang input Anda adalah -0,3 hingga 3,6V sehingga Anda hanya dapat menangani tegangan input 2,4Vp-p = (3,6-2,4V) * 2, berdasarkan rentang input, namun Anda juga perlu memastikan output tidak jenuh.

Rangkaian Anda memiliki gain sebesar +3.2 sehingga tegangan input harus berada dalam kisaran +/- 0,71875V atau 1,4375Vp-p, yang akan menghasilkan kisaran output penuh, sehingga rentang input tidak membatasi.

Anda dapat menggunakan hampir semua op-amp pada catu daya tunggal asalkan Anda memiliki tegangan catu yang cukup dan asalkan Anda bias input dalam rentang kerja dan asalkan Anda tetap ingat kisaran output yang tersedia.

Secara umum untuk rangkaian daya rendah Anda ingin menggunakan nilai resistor yang lebih tinggi daripada yang Anda tunjukkan. Anda memuat output dengan 5K || (2.2K + 1K) yang lebih rendah dari 5K, jelas, sehingga ayunan output tidak dijamin. Biasanya Anda bisa naik setidaknya 10x lebih tinggi untuk resistor umpan balik, mungkin jauh lebih banyak. Jika Anda dapat meningkatkan beban menjadi 25K atau 100K, dan meningkatkan resistor umpan balik sebesar 100: 1 akan lebih baik. Anda mungkin harus menambahkan kapasitor kecil di R3 untuk memastikan stabilitas jika Anda menggunakan resistor yang sangat tinggi.

Spehro Pefhany
sumber
1
Maaf soal itu benar-benar ketinggalan mV, perbaiki. Maaf, sekali lagi: / Saya tidak mengerti bagaimana Anda sampai pada 2.4Vp-p karena alasan tertentu masuk akal bahwa input saya 1.2Vp-p seperti yang ditunjukkan di atas, apakah saya membuat kesalahan dalam perhitungan?
Pllsz
Output Anda akan jenuh sebelum input menyebabkan masalah tetapi dengan input bias pada 2.4V Anda bisa turun ke bawah 0V tetapi di sisi yang tinggi Anda hanya bisa pergi ke 3.6V sehingga merupakan angka pembatas (melalui kapasitor itu akan dipusatkan at 2.4V) 3.6V - 2.4V adalah 1.2V. Jadi + 1.2V relatif terhadap 2.4V. Inputnya bisa negatif (relatif ke 2.4V lebih dari 2.4V tapi itu tidak masalah). Bagaimanapun, input tidak membatasi, output membatasi dengan gain 3,2, dan mid-supply (2,4V dalam kasus ini) adalah bias optimal karena kisaran output dipusatkan di sekitar tengah tegangan suplai.
Spehro Pefhany
Saya masih tidak mengerti outputnya terbatas, berdasarkan perhitungan Vom: -0.1V <Vo <4.7V Vo: 0.48 <Vo <4.32V ini adalah pada output dari op amp, kecuali ketika Anda decouple itu masalah?
Pllsz
Kisaran output linier dengan pasokan 4.8V adalah + 0.1V hingga + 4.7V dengan beban 5K yang ditentukan. Akan lebih baik memiliki beban 25K atau lebih. Beban Anda kurang dari 5K sehingga ayunan keluaran mungkin kurang dari yang ditentukan.
Spehro Pefhany
Saya sudah mencoba menggunakan 1M dan masih klip?
Pllsz
2

Saya yakin saya sudah menemukan teka-teki.

Mengambil proyek seperti ini dan menggunakan op-amp sejauh ini, seperti mencari karakteristik yang biasanya tidak Anda cari keluar dari universitas sebagai input bias arus , Vom , Vcm , dll.

Mencoba untuk mengubah semua istilah ini cenderung membingungkan saya dan agak menimpa hal-hal dasar yang saya ketahui tentang op-amp.

Ketika saya pertama kali diperkenalkan dan untuk beberapa alasan saya membuat diri saya percaya seolah-olah dan tidak melanggar dan kemudian kliping shouldn tidak ada. INI SANGAT SALAH V C M V i n V o u t V O M V C MVOMVCMVinVoutVOMVCM

Yang tidak saya perhitungkan adalah penurunan tegangan yang dimiliki op-amp secara internal karena arsitektur op-amp itu.

Berarti tidak ada op-amp yang dapat digunakan rail-to-rail kecuali sempurna (tidak ada voltase turun di internal).

Untuk masalah di atas adalah power supply tunggal non-inverting amplifier, yang artinya membutuhkan bias untuk mengayunkan "negatif"

Sebagai referensi:

dengan demikian, 4.576V - 2.288V - 0V

V D D pVDDpp = 4.576V = 2.288VVDDp

Melalui percobaan, saya menemukan penurunan tegangan amplifier sekitar ~ 1.616Vpp

Kami akan melakukan 2 skenario kasus Di mana,

input_1 = 860mVpp

Input_2 = 1.14Vpp

Keuntungan = 3,2


Input_1: 860mVpp

VCM:

-0.3 < <3.376VIN

Vin:

1.858 < <2.718VIN

Vin berada dalam jangkauan Vcm

VOM:

-15.424 < <15VOUT

0,912 < <3,664VOUT

Vo berada dalam jangkauan Vcm

Anda akan mengharapkan sinyal Anda berperilaku seperti yang Anda prediksi.


Input_2: 1.14Vpp

VCM:

-0.3 < <3.376VIN

Vin:

1.658 < <2.798VIN

Vin berada dalam jangkauan Vcm

VOM:

-15.424 < <15VOUT

0.404 < <4.052VOUT

Vo berada dalam jangkauan Vcm

Anda akan mengharapkan sinyal Anda berperilaku seperti yang Anda prediksi, namun ternyata tidak .

Pada osiloskop saya itu klip di 2.96Vpp tapi kami mengharapkan output menjadi 1.14Vpp * 3.2 = 3.648Vpp? Apa yang terjadi adalah penurunan tegangan op-amp.

Seperti yang disebutkan di atas, penurunan tegangan op-amp ~ 1,616Vpp demikian juga dengan cerita matematika

VDD -Vod = 4.576 - 1.616 = 2.96Vpp !! Ini pada dasarnya memberi tahu kita apa yang sebenarnya bisa dikendarai oleh op-amp kita. Semua itu masuk akal sekarang.

Pada dasarnya apa yang dikatakan op-amp rail-to-rail artinya setidaknya apa yang dapat saya lihat adalah bahwa Vin dan Vout Anda biasanya tidak akan pernah melanggar op-amp VOM dan VCM.

Inilah sebabnya mengapa ketika saya meningkatkan VDD ~ 6.1V berfungsi sebagai op amp benar-benar dapat mendorong hingga keluaran yang diharapkan dari 3.648Vpp sebagai berikut:

Vdd - Vod = 6.1 - 1.616 = 4.484 karena batas baru op-amp sekarang 4.484Vpp dan karena 3.648Vpp <4.484Vpp Anda dapat melihatnya pada output.

Pllsz
sumber
1

Vpk-pk = 3,6 - (- 0,3) = 3,9V.
Berarti input Vpk-pk cocok?

Mungkin. Titik tengah rentang CM bukan Vdd / 2 di sini tetapi 3,9 / 2 = 1,95V. Ini kemudian akan memungkinkan sinyal input hingga 3,9Vpp. . Namun, keuntungan Anda akan memotong output.

Output tetap dalam rentang linier jika output tidak terpotong. Didefinisikan untuk kliping simetris @ 100mV dari kedua rel suplai tergantung pada beban> 5k yang terhubung ke VL = 2.5V. Ini karena CMOS rail-to-rail Op Amps memiliki ketahanan pada kliping pada urutan 250 Ohm pada driver Nch atau Pch. Jika beban menuju Vss = 0 maka ada lebih sedikit dropout di atas Vss tetapi lebih banyak dropout di bawah Vdd karena sekarang ada dua kali lipat arus dibandingkan dengan spec dengan [email protected]

Vin {pp} * Av = 1.2 * 2.4 = 3.84Vpp akan cocok dalam rentang output linier ketika input dan referensi perbedaan keduanya sama-sama (nol diferensial) di dekat bagian tengah kisaran CM. (Ingat dekat 2V untuk persediaan Anda) Ini juga berfungsi untuk Vdd / 2 = Vcm bias dalam contoh ini.

Saran: gunakan nilai Rmin 25k untuk umpan balik dan pemuatan gabungan

Semua resistansi keluaran Op Amps diturunkan oleh gain umpan balik negatif. Tetapi memotong menghasilkan hilangnya total umpan balik negatif. Sejak kenaikan FET di RdsOn ketika Vgs mengurangi yang di sini adalah Vdd, diketahui naik dengan cepat di bawah 5V seperti logika keluarga CD4000 menuju 1kOhm dan lebih tinggi di Vdd min.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
sumber
Saya yakin saya mulai mengerti apa yang Anda katakan. Anda menyarankan itu karena nilai RL saya karena sebenarnya bukan 5k tetapi kurang dari itu untuk membawa ruang kepala saya jauh lebih sedikit.
Pllsz
Saya lupa menyebutkan ketika meningkatkan VDD ke ~ 6.1V itu memperbaiki semuanya
Pllsz
Juga lupa menyebutkan, Mengubah umpan balik resistor tidak akan dapat dilakukan karena saya menggunakan pot digi sebagai R2 sehingga belajar cara membaca VCM dan VOM akan lebih layak karena saya mungkin perlu OP AMP baru
Pllsz