Co robią ruchome szyny (zmiana napięcia na szynach) dla opampa?

Ponieważ spędziłem znaczną część mojej kariery próbując uzyskać szyny opampa tak stabilne, jak to możliwe przy ich zamierzonym napięciu, tak naprawdę nie spędziłem czasu zastanawiając się, co by się stało, gdyby szyny odchodziły od ustalonej wartości. Ponieważ tylko krótko przestudiowałem wewnętrzne działanie wzmacniaczy operacyjnych, nie jestem pewien, czy mógłbym znaleźć jednoznaczną odpowiedź.

Co dzieje się z sygnałem, jeśli szyny się poruszają? (powiedzmy, że porusza się powoli, mniej niż 5 Hz, może od czasu do czasu przesuwa się o 1 V.) Czy to coś więcej niż przycinanie na różnych poziomach?

Teoretycznie OpAmp powinien działać dobrze bez względu na to, co robi dostawa.

Opuszczając teoretyczny model OpAmp (pamiętaj, że na podstawowym symbolu nie ma nawet styków zasilających, tylko IN +, IN- i OUT), musimy brać pod uwagę coraz więcej szczegółów wprowadzanych przez rzeczywisty obwód.

Wielu oczywiście będzie dla ciebie oczywistych, ale zaufaj mi - w końcu dotrzemy do odpowiedzi.

Po pierwsze, moc wyjściowa nigdy nie może przekroczyć napięcia dostarczanego do wzmacniacza.

Następnie wydajność pogarsza się, gdy wyjście próbuje przepchnąć lub pociągnąć napięcie blisko szyn. Będzie to oczywiście zależeć w dużej mierze od konstrukcji OpAmp - a wzmacniacze Rail-to-Rail obiecują dostarczyć Ci całe dostępne napięcie na wyjściu.

Tak długo, jak patrzymy na zasilany prądem stałym OpAmp, każdy sygnał dobrze mieszczący się w specyfikacji maksymalnego wychylenia wyjściowego będzie działał, a Ty możesz dostarczyć OpAmp wszelkie dodatnie i ujemne napięcia dozwolone przez arkusz danych (względem siebie i do uziemienia, ale zwróć uwagę, że OpAmp nie ma możliwości dowiedzenia się, gdzie faktycznie jest uziemienie; dostarczenie +3 V i -7 V nie stanowi żadnego problemu - a twój wzmacniacz będzie próbował pracować w tym zakresie 10 V.

Wewnętrzne źródła prądu, stopnie różnicowe i sterowniki wyjściowe są zaprojektowane w taki sposób, że OpAmp znosi wszelkie zmiany na szynach zasilających tak szybko, jak to możliwe.

Tylko jeśli zmiany szyn zaopatrzeniowych zmienią się wystarczająco szybko, zaczniesz zauważać efekt. Zwykle ustawia się to w przedziale od około 100 Hz do około 10 kHz.

I najlepsza część: jest to określone w karcie danych; poszukaj PSRR (współczynnik odrzucenia zasilacza).

Wartość ta jest zwykle bardzo wysoka dla DC do niskich częstotliwości (60 ... 120 dB) i zaczyna się obniżać z czymś, co wygląda jak zwykła charakterystyka dolnoprzepustowa powyżej pewnego punktu. Zauważ, że mówimy o odrzuceniu , więc w rzeczywistości jest to górnoprzepustowy, mimo że nachylenie spada na diagramie:

Zauważ, że tekst na obrazku mówi: ± 15 V - więc co właściwie zrobiono z pinami zasilającymi OpAmp?

Podobnie jak w przypadku każdej dobrej specyfikacji arkusza danych, istnieje również obwód testowy, który mówi ci, jak jest mierzony:

To wyjaśnia również, dlaczego na diagramie są dwie linie (-PSR i + PSR). Na przykład wewnętrzne źródła prądu OpAmp czasami zasilają swoje ładunki z dodatniego źródła zasilania, czasem do źródła ujemnego, a konstrukcja wewnętrzna nie jest absolutnie symetryczna.

Weźmy dobry stary 741 jako przykład:

Tylko stopień wyjściowy po prawej stronie jest symetryczny, a wszystko inne nie. Bardziej zaawansowane części nadal będą w pewnym stopniu przestrzegać tej podstawowej zasady.

W skrócie: w przypadku prądu stałego i niskich częstotliwości zapoznaj się ze specyfikacjami prądu stałego (od szyny do szyny z jakimi ograniczeniami wzmocnienia i zniekształceń?). Aby uzyskać wyższe częstotliwości, spójrz na PSRR. Jeśli zastosujesz krok do zmiany napięcia zasilania, masz mieszankę, ponieważ krok składa się z części o wysokiej częstotliwości oprócz oczywistego skoku z jednego poziomu prądu stałego na inny poziom prądu stałego, powodując zakłócenia na wyjściu spowodowane przez cokolwiek wyższego -częstotliwościowa część kroku, której OpAmp nie może odrzucić.

Na to, czego nie omówiłem tutaj, można odpowiedzieć w samouczku urządzeń analogowych MT-043 . Tutaj też wziąłem zdjęcia (z wyjątkiem obwodu 741).

Tak, są efekty AC. Arkusz danych wzmacniacza operacyjnego powinien określać współczynnik odrzucenia zasilacza, który daje maksymalny efekt, jaki zmiana zasilania będzie miała na wyjście. Jest to dość wysoka liczba - nawet starożytny 741 ma typową liczbę w zakresie 90dB - ale może być znaczący, jeśli zmiana mocy wyjściowej spowoduje dalsze zmiany napięcia zasilania, a zatem tworzy pętlę sprzężenia zwrotnego, która może prowadzić do oscylacji.

Oczywiście, jak zdajesz sobie sprawę, jest to dodatek do wszelkich bezpośrednich efektów, takich jak poleganie na operacjach wejściowych i wyjściowych między kolejami.

Odpowiedź jest akceptowana, ale chciałem wymienić konkretny przykład: wzmacniacze mocy audio.

Zazwyczaj są one zasilane z nieuregulowanych szyn. Spodziewaj się, że kilka woltów tętni przy prostowanej częstotliwości prądu przemiennego, często więcej w zależności od zapotrzebowania na prąd. Kiedy diody prostownicze nie przewodzą, co jest przez większość czasu, napięcie zasilania maleje zgodnie z prądem wyjściowym podzielonym przez wartość dużego kondensatora zasilającego.

Ponadto napięcie szyny będzie się różnić w zależności od amplitudy sygnału. Podczas słuchania głośniejsze części będą pobierać większy prąd, obniżając napięcie szyny. Ciche części nie będą. Zatem napięcie szyny porusza się w zakresie 0,1-2 Hz oprócz rektyfikowanej częstotliwości sieci.

Te wzmacniacze są zwykle implementowane jako dyskretne opampy, co umożliwia kilka sztuczek, aby zwiększyć PSRR. Dyskretny opamp ma zacisk GND, więc wewnętrzne węzły najbardziej wrażliwe na zasilacz można ominąć za pomocą taniego kondensatora. Kondensator kompensacyjny jest głównym źródłem złego PSRR w opampach, ponieważ należy go odnieść do jednego z zasilaczy. W dyskretnym opampie można to złagodzić.

Rezultat jest taki, że bez problemu można uzyskać ogromną falę na szynach. W rzeczywistości wzmacniacze mocy z regulowanymi szynami są bardzo egzotyczne, spotykane tylko w audiofilskim sprzęcie megabuckowym i realistycznie marnotrawstwem pieniędzy.

Oto przykład z życia;)

co stanie się z sygnałem, jeśli szyny się poruszają? (powiedzmy, że porusza się powoli, mniej niż 5 Hz, może od czasu do czasu przesuwa się o 1 V.) Czy to coś więcej niż przycinanie na różnych poziomach?

LF PSRR jest ogromny, więc nic się nie dzieje.

Opamps mają niski PSRR HF, a zatem nie lubią złego odsprzęgania, które powoduje dzwonienie HF na zasilaniu, lub innych źródeł szumu HF, takich jak źle przefiltrowane przełączniki. Zmiana napięcia zasilania LF nie powinna mieć żadnego znaczenia. Być może napięcie przesunięte może dryfować z powodu efektów termicznych, ale powinno to być niewielkie.