Wie benutzt man einen Operationsverstärker richtig?

Seit ich hier gepostet habe, war ich noch nie so verloren, Operationsverstärker zu verwenden und neue Dinge zu hören, die ich noch nie zuvor gehört habe (Vom, Vcm usw.). Ich dachte immer, OP AMPS ist einfach einstecken und es wird jedes Mal funktionieren ... Sehr falsch.

Ich habe ein paar Fragen, die ich sehr begrüßen würde, wenn jemand von Ihnen sie beantworten könnte, bevor ich sie gestellt habe. Ja, ich habe in den letzten 2 Stunden in diesem Forum nach früheren Fragen gesucht, die gestellt wurden. Immer noch ein wenig verwirrt, aber es hat einige Dinge geklärt.

Um die Dinge konsistent zu halten, würde ich dieses OP-AMP in diesem ganzen Beispiel verwenden. MCP601

VCM: Gleichtakt-Eingangsbereich

Folgendes verstehe ich: In seinem Bereich kann der MCP601 gerne akzeptieren, dass nichts schief geht. Wenn Sie den Bereich überschreiten oder unterschreiten, werden Sie unerwartete Fehler sehen.

Beispiel: Eingang = Audiosignal (1,2 V pk-pk) VDD = 4,8 V VSS = GND

VCM - Obergrenze = 4,8-1,2 = 3,6

VCM - Untergrenze = 0-0,3 = -0,3

VCM - = 3,6 - (- 0,3) = 3,9 V.$V_{CM_{PP}}$

$V_{IN}$ - Positiver Eingangszyklus = 600 mV + (VDD / 2) = 3

$V_{IN}$ - Negativer Eingangszyklus = -600 mV + (VDD / 2) = 1,8

$V_{IN}$ = 1,2 Vpk-pk

Bedeutet das, dass der Eingang Vpk-pk geeignet ist?

VOM: Ausgangsspannungsschwankung

Folgendes verstehe ich: In diesem Bereich kann der MCP601 vor dem Abschneiden ausgeben.

Beispiel: Eingang = Audiosignal (1,2 V pk-pk) VDD = 4,8 V VSS = GND GAIN = 3,2

Eingangsvorspannung = VDD / 2 RL = 5k

VOM - Obergrenze = 0 + 100 mV = 100 mV

VOM - Untergrenze = 4,8-100 mV = 4,7 V.

VOM - = 4,7-100 mV = 4,6 V.$V_{OM_{PP}}$

$V_o$ - Positiver Eingangszyklus = (3,2 · 600 mV) + (VDD / 2) = 4,32 V.

$V_o$ - Negativer Eingangszyklus = (3,2 * -600 mV) + (VDD / 2) = 0,48 V.

V o P $V_o$ - = (4.32-0.48) = 3.84V (vor dem Entkoppeln der Kappe).$V_{o_{PP}}$

So habe ich verstanden, sowohl für als auch für zu berechnen . Für mich sollte dieser OP-AMP kein Problem mit dem Vin haben und auch den Vin glücklich verstärken, aber das Gegenteil geschah, als er mit 2,84 Vpp abgeschnitten wurde. Das ergibt für mich aus der obigen Berechnung nicht viel Sinn. Das VCM sollte ebenso zufrieden sein wie das VOM. Da der VOM eine Vpp von 4,6 V hat, was> dann mein Vo von idealerweise 3,84 Vpp und mein VDD 4,8 V ist, sollte er problemlos auf 3,84 Vpp verstärken? V O $V_{CM}$$V_{OM}$

Wenn mir jemand zeigen kann, wie man VCM und VOM tatsächlich berechnet, wäre das erstaunlich. Ich glaube, dieser Methode fehlt etwas, oder ich verstehe keine grundlegende Logik. Ich möchte die Fähigkeit erlangen, Eingabe- und Ausgabebeschränkungen durch diese Methode zu verstehen.

Diese Konfiguration funktioniert, wenn ich VDD auf ~ 6,1 V erhöhe, wenn jemand erklären kann, warum ich durch die VCM- und VOM-Berechnungen wahrscheinlich die beiden korrelieren kann und wahrscheinlich alle Verwirrungen beseitigen werde, die ich hatte.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Ihr 2. Datenblatt-Snip ist in mV und nicht in Volt angegeben, und der Ausgangsbereich ist relativ zu den Versorgungsspannungen. Bei einer 4,8-V-Versorgung und einer 5-K-Last (bis 0 V) ​​beträgt der lineare Ausgangsbereich 0,1 bis 4,7 V. Wenn Sie den Ein- und Ausgang auf 2,4 V vorspannen, erhalten Sie 4,6 Vp-p. Der Operationsverstärkerausgang kann die Versorgungsspannungen nicht überschreiten (oder sogar erfüllen).

Wenn der Eingang mit 2,4 V vorgespannt ist, liegt Ihr Eingangsbereich zwischen -0,3 und 3,6 V, sodass Sie nur eine Eingangsspannung von 2,4 Vp-p = (3,6-2,4 V) * 2 verarbeiten können, basierend auf dem Eingangsbereich, Sie jedoch auch müssen sicherstellen, dass der Ausgang nicht gesättigt ist.

Ihre Schaltung hat eine Verstärkung von +3,2, daher muss die Eingangsspannung im Bereich von +/- 0,71875 V oder 1,4375 Vp-p liegen, wodurch der gesamte Ausgangsbereich erhalten wird, sodass der Eingangsbereich nicht begrenzt ist.

Sie können so ziemlich jeden Operationsverstärker an einem einzigen Netzteil verwenden, vorausgesetzt, Sie haben genügend Versorgungsspannung und setzen den Eingang innerhalb des Arbeitsbereichs vor und berücksichtigen den verfügbaren Ausgangsbereich.

Im Allgemeinen möchten Sie für einen Stromkreis mit geringer Leistung Widerstände mit höherem Wert verwenden, als Sie zeigen. Sie laden den Ausgang mit 5K || (2,2K + 1K), was offensichtlich niedriger als 5K ist, sodass der Ausgangsschwung nicht garantiert ist. Normalerweise können Sie für die Rückkopplungswiderstände mindestens 10x höher gehen, möglicherweise sogar erheblich mehr. Wenn Sie die Last auf 25 K oder 100 K erhöhen und die Rückkopplungswiderstände um 100: 1 erhöhen können, ist dies besser. Möglicherweise müssen Sie einen kleinen Kondensator über R3 hinzufügen, um die Stabilität zu gewährleisten, wenn Sie mit den Widerständen sehr hoch gehen.

Ich glaube, ich habe das Rätsel gelöst.

Nehmen Sie ein Projekt wie dieses auf und verwenden Sie in diesem Umfang Operationsverstärker, z. B. die Suche nach Eigenschaften, die Sie normalerweise nicht als Eingangsvorspannungsstrom , Vom , Vcm usw. von der Universität erwarten würden .

Der Versuch, all diese Begriffe zu joggen, verwirrt mich und überschreibt die grundlegenden Dinge, die ich über Operationsverstärker wusste.

$V_{OM}$$V_{CM}$$V_{in}$$V_{out}$$V_{OM}$$V_{CM}$

Was ich nicht berücksichtigt habe, ist der Spannungsabfall, den der Operationsverstärker aufgrund seiner Architektur des Operationsverstärkers intern hat.

Das heißt, kein Operationsverstärker kann von Schiene zu Schiene gehen, es sei denn, er ist perfekt (kein Spannungsabfall in den Einbauten).

Für das obige Problem ist ein nicht invertierender Verstärker mit einer einzelnen Stromversorgung vorgesehen, was bedeutet, dass eine Vorspannung erforderlich ist, um "negativ" zu schwingen.

Als Referenz:

somit sind es 4,576 V - 2,288 V - 0 V.

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

Durch Experimente fand ich heraus, dass der Spannungsabfall des Verstärkers bei ~ 1,616 Vss lag

Wir werden 2 Fallszenarien durchführen.

input_1 = 860 mVpp

Input_2 = 1,14 Vpp

Gewinn = 3,2

Input_1: 860 mVpp

VCM:

$V_{IN}$

Vin:

$V_{IN}$

Vin liegt im Bereich von Vcm

VOM:

$V_{OUT}$

$V_{OUT}$

Vo liegt im Bereich von Vcm

Sie würden erwarten, dass sich Ihr Signal so verhält, wie Sie es vorhergesagt haben.

Input_2: 1.14Vpp

VCM:

$V_{IN}$

Vin:

$V_{IN}$

Vin liegt im Bereich von Vcm

VOM:

$V_{OUT}$

$V_{OUT}$

Vo liegt im Bereich von Vcm

Sie würden erwarten, dass sich Ihr Signal so verhält, wie Sie es vorhergesagt haben, aber das ist es nicht .

Auf meinem Oszilloskop wird mit 2,96 Vpp abgeschnitten, aber wir haben erwartet, dass der Ausgang 1,14 Vpp * 3,2 = 3,648 Vpp beträgt. Was passiert, ist der Spannungsabfall des Operationsverstärkers.

Wie oben erwähnt, betrug der Spannungsabfall des Operationsverstärkers ~ 1,616 Vss

VDD-Vod = 4,576 - 1,616 = 2,96 Vpp !! Dies sagt uns im Wesentlichen, was unser Operationsverstärker tatsächlich erreichen kann. Was jetzt alles Sinn macht.

Was ein Operationsverstärker Rail-to-Rail sagt, bedeutet im Wesentlichen, dass ich zumindest sehen kann, dass Ihr Vin und Vout normalerweise niemals die VOMs und VCMs der Operationsverstärker verletzen

Aus diesem Grund funktioniert es, wenn ich VDD auf ~ 6,1 V erhöhe, da der Operationsverstärker tatsächlich wie folgt auf die erwartete Leistung von 3,648 Vpp ansteigen kann:

Vdd - Vod = 6.1 - 1.616 = 4.484, da der neue Grenzwert für den Operationsverstärker jetzt 4.484 Vpp beträgt und seit 3.648 Vpp <4.484 Vpp am Ausgang angezeigt wird.

Vpk-pk = 3,6 - (- 0,3) = 3,9 V.
Bedeutet das, dass der Eingang Vpk-pk geeignet ist?

Möglicherweise. Der Mittelpunkt des CM-Bereichs liegt hier nicht bei Vdd / 2, sondern bei 3,9 / 2 = 1,95 V. Dies würde dann ein Eingangssignal bis zu 3,9 Vss ermöglichen. . Ihre Verstärkung würde jedoch die Ausgabe abschneiden.

Der Ausgang bleibt im linearen Bereich, wenn der Ausgang nicht abschneidet. Es ist für symmetrisches Abschneiden bei 100 mV von beiden Versorgungsschienen in Abhängigkeit von Lasten> 5 k definiert, die an VL = 2,5 V angeschlossen sind. Dies liegt daran, dass CMOS-Rail-to-Rail-Operationsverstärker einen Übersteuerungswiderstand in der Größenordnung von 250 Ohm für Nch- oder Pch-Treiber aufweisen. Wenn die Last auf Vss = 0 geht, gibt es weniger Ausfall über Vss, aber mehr Ausfall unter Vdd, da jetzt doppelt so viel Strom vorhanden ist wie bei VL@2.5V

Vin {pp} * Av = 1,2 * 2,4 = 3,84 Vpp passt in den linearen Ausgangsbereich, wenn sowohl die Eingangs- als auch die Differenzreferenz nahe der Mitte des CM-Bereichs gemeinsam sind (Differenz Null). (Denken Sie bei Ihrer Versorgung an 2 V) Dies funktioniert in diesem Beispiel auch für Vdd / 2 = Vcm Bias.

Hinweis: Verwenden Sie R min -Werte von 25k für Feedback und Last kombiniert

Der Ausgangswiderstand aller Operationsverstärker wird durch negative Rückkopplungsverstärkung verringert. Das Abschneiden führt jedoch zu einem vollständigen Verlust der negativen Rückkopplung. Da der FET in RdsOn ansteigt, wenn Vgs abnimmt, was hier Vdd ist, ist bekannt, dass er schnell unter 5 V ansteigt, genau wie die Logik der CD4000-Familie in Richtung 1 kOhm und höher bei Vdd min.