Falownik wzmacniacza operacyjnego, a następnie bufor. Dlaczego?

Na schemacie próbowałem zrozumieć, że natrafiłem na ten obwód:

Jest to falownik wzmacniacza operacyjnego, za którym bezpośrednio znajduje się bufor. VIN pochodzi z przetwornika cyfrowo-analogowego w mikrokontrolerze, a obwód ten wytwarza VOUT, który jest ujemny VIN. Wzmacniacz operacyjny jest zasilany przez szyny dodatnie i ujemne (niepokazane tutaj). Jak na razie dobrze.

Ale nie widzę w pełni uzasadnienia używania OA2 w tym obwodzie. Jedyny powód, jaki widzę, to: bez bufora (OA2) nagłe obciążenie przy VOUT pobierałoby prąd z VIN, dopóki sprzężenie zwrotne OA1 wzmacniacza operacyjnego nie wyreguluje się (około 1µs). W przypadku bufora (OA2) już tak nie jest. Czy mam rację? A może coś mi brakuje?

Masz rację. W większości przypadków jest to głupie, dodaje przesunięcie napięcia i wykorzystuje inną część. Najprawdopodobniej jest to po prostu czyjaś szarpnięcie kolanem lub ślepe przestrzeganie zasady „zawsze buforuj sygnał”, nie myśląc o tym zbyt mocno. Nie wszystkie schematy są wynikiem dobrego projektu.

Istnieją pewne subtelne zalety drugiego opampa buforowego:

1. Prąd sprzężenia zwrotnego przez R2 zużywa się na całkowitą zdolność prądu wyjściowego OA1. OA2 ma wszystkie swoje obecne możliwości sterowania wyjściami.

   W tym przypadku, gdy R2 wynosi 10 kΩ, jest to słaby argument, ponieważ prąd sprzężenia zwrotnego jest tak mały w stosunku do zdolności większości opampów. Czasami zdarza się, że taki obwód występuje, ponieważ R2 był wcześniej znacznie niższy, a drugi opamp nie został usunięty po zmianie projektu, która podniosła R2.

2. OA2 chroni sygnał wejściowy przed nadużyciem sygnału wyjściowego. Vin widzi stałą impedancję R1 tylko tak długo, jak długo OA1 działa w trybie zamkniętej pętli. Jeśli coś ładuje Vout, tak że OA1 nie może doprowadzić go do pożądanego napięcia, wówczas ujemne wejście OA1 nie ma już 0 V, a odpowiednik Thevenin, którym kieruje Vin, zmienia się.

   W tym obwodzie, wyjście OA2 może być nadużywane bez wpływu na wyjście OA1, co z kolei nie wpłynie VIN, może . Powodem, dla którego mówię „być może” jest to, że niektóre opampy mają między sobą diody między wejściami. Nie sprawdziłem twojego opampa, więc nie wiem, czy tak jest tutaj. Jeśli tak, to nadużycie Vout powróci do pozytywnego wkładu OA2, który wróci do Vin.

   To znowu słaby argument, ponieważ ładowanie wyjścia opampa do punktu, w którym nie może on doprowadzić do pożądanego napięcia, powoduje, że opamp jest poza specyfikacją.

Nie ma to większego wpływu na wydajność, poza tym, że jest nieco wolniejsza, ponieważ w funkcji przesyłania są dwa bieguny.

Są szanse, że projektant potrzebował tylko jednego wzmacniacza operacyjnego w podwójnym i zdecydował się zrobić coś łagodnego z pozostałym wzmacniaczem, aby uniknąć kłopotów. Jest to powszechna sytuacja w przypadku quadów LM324 i podwójnych wzmacniaczy LM358.

Nie ma powszechnego niedrogiego odpowiednika LM358, który ma pojedynczy wzmacniacz - wszelkie inne części są droższe i / lub mogą być w jakiś sposób ograniczone (np. Mając niższe maksymalne napięcie zasilania), więc jeśli LM358 jest wystarczająco dobry, to ty równie dobrze może go wykorzystać i zmarnować drugi wzmacniacz.

„Bufor” jest po to, aby, jak sama nazwa wskazuje, „buforować” dane wyjściowe.

Ponieważ OA1 jest częścią sieci sprzężenia zwrotnego, niektóre z jego danych wyjściowych są już używane (utracone przez R2 i R1). Co oznacza, że ​​OA1 ma mniejszą zdolność napędu. Jeśli więc podłączysz OA1 do innej części obwodu, mogą się zdarzyć niezamierzone rzeczy. OA2 po prostu „podąża” lub „buforuje” wyjście OA1 i ma zerowe obciążenie wyjściowe, więc ma pełną zdolność napędu. To „buforowanie” jest powszechnie widoczne i stosowane, co sprawia, że ​​działanie obwodu jest bardziej niezawodne i niezawodne.

Również bufory mają znaczenie pod względem opóźnienia. Zarówno w obwodach cyfrowych, jak i analogowych sygnały o dużej prędkości mogą być znacznie opóźnione przez elementy obwodów. Czasami używa się wielu buforów - pozornie bez celu - oprócz wprowadzenia opóźnienia. Zwykle dzieje się tak, aby dwa sygnały „spotkały się ponownie” w dziedzinie czasu.

Kiedy zasilanie jest włączone, nie powinno być różnicy, jak zauważyli inni plakaty.

Jednak po wyłączeniu zasilania w drugim wariancie mniej prawdopodobne jest, że wyjście spadnie z powrotem do wejścia i prawdopodobnie uniezależni obciążenie wejściowe od połączeń wyjściowych. W przypadku niektórych aplikacji (audio?) Może to być pożądana właściwość. To, czy rzeczywiście tak jest, zależy od wewnętrznego obwodu omawianego opampa. Ponieważ podano konkretny typ, może to rzeczywiście być część projektu.

Na schemacie, który narysowałeś, jak odpowiedzieli inni, ten układ nie przynosi tak dużych korzyści.

Jeśli jednak istnieją dwa różne modele wzmacniaczy operacyjnych, a wartości rezystorów są różne, mogą istnieć dobre powody, aby zastosować taki układ. Stworzyłem podobny obwód, który musiał wzmocnić sygnał o stosunkowo wysokiej częstotliwości, a następnie doprowadzić moc wyjściową do obciążenia 50 omów. Te dwie funkcje wymagają wzmacniaczy operacyjnych o różnych charakterystykach. W przypadku pierwszego wzmacniacza operacyjnego musi on mieć większą szerokość pasma, aby umożliwić mu wzmocnienie wysokiej częstotliwości bez utraty wzmocnienia przy wysokich częstotliwościach. W przypadku drugiego wzmacniacza operacyjnego musiał mieć wyższy znamionowy prąd wyjściowy, aby móc napędzać obciążenie 50 omów przy maksymalnym napięciu wyjściowym, ale nie potrzebował tak dużej szerokości pasma, ponieważ miał tylko wzmocnienie 1.