Opamp: Stromfluss in den Versorgungszweigen

Kann mich jemand aufklären, wann und wie viel Strom in die Versorgung und / oder den Erdungsabschnitt eines Operationsverstärkers fließt / aus dieser herausfließt?

Was passiert, wenn sich in diesen Beinen Widerstände befinden?

Update 1: Hier ist die Schaltung, die meine Neugier geweckt hat: (aus dem Datenblatt des Opamps)

Dank Jasons Antwort verstehe ich, wie die Schaltung funktioniert, um den Ausgang zu erzeugen, aber ich bin mir nicht sicher, wie die Clipping-Spannung gefunden werden kann.

Außerdem: Warum tritt überhaupt ein Clipping auf - anstatt dass der Operationsverstärker aufgrund eines zu kleinen Versorgungsbereichs nur abschaltet?

Dh der maximale Senkenstrom beträgt 500µA. Unter der Annahme eines sehr großen Isense bedeutet dies max (Vout) = RB * 500µA: Dies kann leicht 5 V sein. Unter der Annahme von Vsupply = 3V sollte dies den Versorgungsbereich schnell unter sein erforderliches Minimum drücken und den Operationsverstärker ausschalten. - Ergebnis einer Ein / Aus-Schwingung, nein?

Gute Frage!

Es gibt kein Erdungsbein eines Operationsverstärkers: Es gibt eine positive und eine negative Versorgungsschiene, und der Strom durch jede von ihnen ist ungefähr wie folgt:

Dabei ist Is + der Strom in den + Versorgungsanschluss, Is- der Strom aus dem - Versorgungsanschluss, Iq der im Datenblatt angegebene Ruhestrom und Iout der aus dem Ausgang fließende Strom.

Wenn zum Beispiel Iq = 1 mA und Iout = 3 mA ist, dann ist Is + = 4 mA und Is- = 1 mA; wenn Iq = 1 mA und Iout = -3 mA, dann ist Is + = 1 mA und Is- = 4 mA.

Dies liegt daran, dass Operationsverstärker linear sind und in ihren Ausgangsstufen Durchgangstransistoren verwenden: Positiver Ausgangsstrom = Quellstrom muss vom + Versorgungsanschluss kommen, und negativer Ausgangsstrom = Senkenstrom muss in den - Versorgungsanschluss fließen.

Ich sage "grob", weil es zwei andere Faktoren gibt:

1. Eingangsströme sind niemals genau Null - wenn es sich um Picoampere oder Nanoampere handelt, können Sie sie wahrscheinlich ignorieren. Wenn der Operationsverstärker jedoch ein bipolarer Operationsverstärker ist und der Ausgang gesättigt ist (Eingänge sind ungleich), kann der Eingangsstrom möglicherweise größer als der angegebene sein Eingangsvorspannungsstrom und könnte so signifikant sein, dass Sie ihn nicht vernachlässigen können. Sie müssten wissen, welche Polarität die Eingangsströme haben: Bei PNP-Eingangsstufen wäre der Eingangsstrom negativ (Strom kommt aus den Eingängen) und würde daher den Strom vom positiven Stromversorgungsanschluss addieren; Bei NPN-Eingangsstufen wäre der Eingangsstrom positiv (Strom fließt in die Eingänge) und würde daher zu dem Strom addieren, der aus dem negativen Stromversorgungsanschluss austritt.

2. Der Ruhestrom ist nicht genau konstant und kann je nach Betriebspunkt etwas variieren (insbesondere wenn der Operationsverstärker gesättigt ist oder wenn die Ausgangslast groß ist).

Was passiert, wenn sich in diesen Beinen Widerstände befinden?

Dann variiert Ihre Versorgungsspannung aufgrund der IR-Abfälle je nach Laststrom etwas. Tun Sie dies nicht ohne zwei Dinge:

1. Sie müssen vollständig verstehen, wie hoch der Laststrom ist, und sicherstellen, dass er nicht genügend IR-Abfälle verursacht, um einen signifikanten Unterschied in der Schaltungsfähigkeit zu bewirken (z. B. Kontraktion des Sättigungsbereichs des Operationsverstärkers oder noch schlimmer, Opamp funktioniert überhaupt nicht, weil Der Versorgungsspannungsbereich fällt unter den Bereich, für den er garantiert funktioniert.

2. Um Himmels willen, platzieren Sie Bypass-Kondensatoren zwischen den Versorgungsspannungsstiften an Ihrer Signalmasse, damit eine Änderung des Wechselstromversorgungsstroms keine Änderung der Versorgungsspannung verursacht, die in Ihren Stromkreis eingekoppelt wird.

Hier ist das Schema des guten alten LM741:

Sie können eine Reihe von (aktuellen) Pfaden von V + oben bis V- unten sehen. Die Summe aller dieser Ströme wird im Datenblatt als Versorgungsstrom angegeben (Seite 4). Das ist der Strom mit offenem Ausgang.

Wenn Sie eine Last an den Ausgang anschließen, wird sie entweder mit Strom versorgt oder mit Strom versorgt. Sourcing ist, wenn der Strom aus dem Operationsverstärker fließt, Sinking ist, wenn der Strom in den Ausgang fließt. Wenn der Operationsverstärker Strom durch den Transistor Q14 liefert, kommt der Strom von der V + -Schiene. Das Sinken erfolgt durch Q20 und der Strom wird auf V- abgeleitet.

Der Gesamtstrom zu V + ist der Versorgungsstrom zuzüglich des gegebenenfalls bezogenen Stroms. Der Gesamtstrom durch V- ist der Versorgungsstrom plus der vom Ausgang gegebenenfalls versunkene Strom.

Wenn Sie Widerstände in Reihe mit V + und V- schalten, entsteht ein Spannungsabfall proportional zum Strom durch V + bzw. V-. Wenn Sie den (nahezu konstanten) Versorgungsstrom abstrahieren, können Sie den Ausgangsstrom auf diese Weise messen. Wenn das Ausgangssignal ein Sinus ist, zeigt der Widerstand bei V + die positive Hälfte des Signals, der Widerstand bei V- zeigt die negative Hälfte. Dies wird in folgendem Verstärker verwendet:

Wenn der Operationsverstärker Strom liefert, der von R3 erkannt wird, wird die Spannung Q3 / Q4 ansteuern, so dass der vom Operationsverstärker bezogene Strom verstärkt wird. Gleiches gilt für die negative Hälfte des Signals, das von R2 erfasst und von Q1 / Q2 verstärkt wird.