รางเลื่อน (แรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนบนราง) ทำอะไรกับ opamp

เนื่องจากฉันใช้เวลาส่วนหนึ่งในอาชีพการงานของฉันเพื่อพยายามสร้างรางรถไฟของ opamp ให้มั่นคงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้ฉันจึงไม่ได้ใช้เวลาคิดเกี่ยวกับสิ่งที่จะเกิดขึ้นถ้ารางเคลื่อนห่างจากค่าคงที่ เนื่องจากฉันได้ศึกษางานภายในของแอมป์เพียงช่วงสั้น ๆ เท่านั้นฉันจึงไม่แน่ใจว่าฉันจะได้คำตอบที่ชัดเจน

แล้วจะเกิดอะไรขึ้นกับสัญญาณถ้ารางกำลังเคลื่อนที่? (ให้บอกว่ามีการเคลื่อนไหวช้าเช่นน้อยกว่า 5Hz อาจจะเปลี่ยน 1V เป็นครั้งคราว) มันเป็นมากกว่าแค่การคลิปในระดับต่าง ๆ หรือไม่?

ในทางทฤษฎี OpAmp ควรทำงานได้ดีไม่ว่าอุปทานจะทำอะไร

ในขณะที่เราออกจากแบบจำลองเชิงทฤษฎีของ OpAmp (จำไว้ว่าไม่มีแม้แต่พินที่สัญลักษณ์พื้นฐานเพียงแค่ IN +, IN- และ OUT) เราจะต้องพิจารณารายละเอียดที่มากขึ้นจากวงจรจริง

แน่นอนว่าคุณจะเห็นหลายคน แต่เชื่อฉัน - เราจะได้รับคำตอบในที่สุด

ขั้นแรกเอาต์พุตไม่สามารถเกินแรงดันที่จ่ายให้กับแอมป์

จากนั้น performace จะแย่ลงเมื่อกำลังพยายามผลักหรือดึงแรงดันไฟฟ้าใกล้กับราง แน่นอนว่าสิ่งนี้จะขึ้นอยู่กับการออกแบบแอมป์ OpAmp - และ Rail-to-Rail เป็นอย่างมาก

ตราบใดที่เราดู OpAmp ที่ได้รับจาก DC สัญญาณใด ๆ ที่อยู่ในสเปคของการแกว่งเอาท์พุทสูงสุดจะทำงานได้และคุณสามารถส่ง OpAmp ด้วยแรงดันบวกและลบใด ๆ ที่ได้รับอนุญาตจากแผ่นข้อมูล ลงกราวด์ แต่โปรดทราบว่า OpAmp ไม่มีทางรู้ได้ว่าแหล่งกำเนิดอยู่ที่ใดการจัดหา +3 V และ -7 V นั้นไม่มีปัญหาเลย - และแอมป์ของคุณจะพยายามทำงานภายในช่วง 10 V)

แหล่งที่มาภายในปัจจุบันขั้นตอนที่แตกต่างกันและตัวขับเอาต์พุตได้รับการออกแบบเพื่อให้ OpAmp ยกเลิกการเปลี่ยนแปลงใด ๆ บนรางอุปทานโดยเร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้

เฉพาะเมื่อความแตกต่างของรางจ่ายมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเพียงพอคุณจะเริ่มสังเกตเห็นผลกระทบ โดยปกติชุดนี้จะอยู่ระหว่าง 100 Hz ถึง 10 kHz

และส่วนที่ดีที่สุด: มันระบุไว้ในแผ่นข้อมูล; มองหา PSRR (อัตราส่วนการปฏิเสธพาวเวอร์ซัพพลาย)

โดยปกติค่าจะสูงมากสำหรับ DC ถึงความถี่ต่ำ (60 ... 120 dB) และเริ่มลดลงด้วยสิ่งที่ดูเหมือนลักษณะ low-pass แบบง่าย ๆ เหนือจุดใดจุดหนึ่ง โปรดทราบว่าเรากำลังพูดถึงการปฏิเสธดังนั้นจริงๆแล้วมันเป็นไฮ - พาสแม้ว่าความชันจะลดลงในแผนภาพ:

โปรดทราบว่าข้อความในภาพบอกว่า: ± 15 V - แล้วหมุดหมุดของ OpAmp ทำอะไรได้บ้าง?

เช่นเดียวกับข้อมูลจำเพาะของแผ่นข้อมูลที่ดีนอกจากนี้ยังมีวงจรทดสอบที่บอกวิธีการวัด:

นอกจากนี้ยังอธิบายว่าทำไมมีสองบรรทัดในแผนภาพ (-PSR และ + PSR) ยกตัวอย่างเช่นแหล่งที่มาภายในของ OpAmp บางครั้งกำลังป้อนโหลดจากวัสดุที่เป็นบวกบางครั้งก็เป็นวัสดุสิ้นเปลืองที่เป็นลบและการออกแบบภายในนั้นไม่สมมาตรอย่างแน่นอน

ยกตัวอย่าง ol '741 ที่ดี:

เฉพาะเอาต์พุตที่ด้านขวาสุดเท่านั้นที่สมมาตรทุกสิ่งทุกอย่างไม่ใช่ ส่วนที่สูงขึ้นจะยังคงปฏิบัติตามหลักการพื้นฐานนี้ในระดับหนึ่ง

โดยสรุป: สำหรับ DC และความถี่ต่ำให้ดูข้อมูลจำเพาะ DC (แบบรางต่อรางพร้อมข้อ จำกัด ในการรับและบิดเบือน) สำหรับความถี่ที่สูงขึ้นดู PSRR หากคุณใช้ขั้นตอนหนึ่งกับอุปทาน volatge คุณมีส่วนผสมเนื่องจากขั้นตอนประกอบด้วยส่วนความถี่สูงบางส่วนนอกเหนือจากการกระโดดที่ชัดเจนจากระดับ DC หนึ่งไปยังอีกระดับ DC ทำให้เกิดการรบกวนที่เอาต์พุตที่เกิดจากอะไรก็ตามที่สูงกว่า - ส่วนความถี่ของขั้นตอนที่ OpAmp ไม่สามารถปฏิเสธได้

สิ่งที่ฉันไม่ได้ครอบคลุมที่นี่อาจจะมีคำตอบในอุปกรณ์แอนะล็อกกวดวิชา MT-043 นี่เป็นที่ที่ฉันถ่ายภาพจาก (ยกเว้นวงจร 741)

ใช่มีเอฟเฟกต์ AC แผ่นข้อมูล op-amp ควรระบุอัตราส่วนการปฏิเสธเพาเวอร์ซัพพลายที่ให้ผลกระทบสูงสุดกับการเปลี่ยนแปลงของพาวเวอร์ซัพพลายที่จะมีต่อเอาต์พุต มันเป็นตัวเลขที่ค่อนข้างสูง - แม้แต่ 741 โบราณนั้นมีรูปร่างปกติในช่วง 90dB - แต่มันมีความสำคัญหากการเปลี่ยนแปลงของเอาต์พุตนั้นก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมในแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟและดังนั้นจึงสร้างวงจรป้อนกลับ

เห็นได้ชัดว่าในขณะที่คุณตระหนักถึงนี้เป็นนอกเหนือไปจากผลกระทบโดยตรงใด ๆ เช่นการพึ่งพาการดำเนินงานรถไฟถึงรถไฟของอินพุตและเอาต์พุต

มีคำตอบที่ยอมรับได้ แต่ฉันต้องการพูดถึงตัวอย่างเฉพาะ: แอมป์ไฟเสียง

สิ่งเหล่านี้มักใช้พลังงานจากรางที่ไม่ได้ควบคุม คาดว่าจะมีระลอกคลื่นหลายโวลต์ที่ความถี่แหล่งจ่ายไฟกระแสสลับบ่อยครั้งขึ้นอยู่กับความต้องการในปัจจุบัน เมื่อไดโอดที่แก้ไขไม่ทำงานซึ่งส่วนใหญ่แล้วแรงดันไฟฟ้าจะลดลงตามกระแสไฟขาออกหารด้วยค่าของตัวเก็บประจุขนาดใหญ่

นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้าของรางจะแตกต่างกันไปตามความกว้างของสัญญาณ เมื่อฟังส่วนดังขึ้นจะดึงกระแสมากขึ้นลดแรงดันไฟฟ้าของราง ส่วนที่เงียบสงบจะไม่ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของรางจะสั่นสะเทือนในพื้นที่ 0.1-2 Hz นอกเหนือจากความถี่ไฟเมนที่ถูกต้อง

แอมป์เหล่านี้มักจะนำมาใช้เป็น opamps แบบแยกซึ่งช่วยให้เทคนิคต่างๆเพื่อเพิ่ม PSRR opamp แบบแยกส่วนมีเทอร์มินัล GND ดังนั้นโหนดภายในที่มีความอ่อนไหวมากที่สุดต่อแหล่งจ่ายไฟสามารถข้ามไปยังพื้นดินได้โดยใช้ตัวเก็บประจุราคาถูก ตัวเก็บประจุชดเชยเป็นแหล่งสำคัญของ PSRR ที่ไม่ดีใน opamps เนื่องจากจะต้องมีการอ้างอิงถึงหนึ่งในอุปกรณ์สิ้นเปลือง ใน opamp แบบแยกสิ่งนี้สามารถลดลงได้

ผลลัพธ์คือคุณสามารถระลอกคลื่นขนาดใหญ่บนรางได้โดยไม่มีปัญหาใด ๆ ในความเป็นจริงแอมป์ไฟพร้อมรางที่ควบคุมนั้นมีความแปลกใหม่มากพบได้ในเกียร์ออดี้โอเปอเรเตอร์ megabuck เท่านั้นและเสียเงินอย่างแนบเนียน

ดังนั้นนี่คือตัวอย่างชีวิตจริง;)

เกิดอะไรขึ้นกับสัญญาณถ้ารางกำลังเคลื่อนที่ (ให้บอกว่ามีการเคลื่อนไหวช้าเช่นน้อยกว่า 5Hz อาจจะเปลี่ยน 1V เป็นครั้งคราว) มันเป็นมากกว่าการเล็มที่ระดับต่าง ๆ หรือไม่?

LF PSRR มีขนาดใหญ่มากดังนั้นจึงไม่มีอะไรเกิดขึ้น

Opamps มี HF PSRR ต่ำและไม่ชอบการแยกส่วนที่ไม่ดีซึ่งจะสร้างสัญญาณเรียกเข้า HF บนวัสดุสิ้นเปลืองหรือแหล่งกำเนิดสัญญาณเสียง HF อื่น ๆ เช่นตัวควบคุมสวิตช์ที่มีการกรองไม่ดี การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของ LF ไม่ควรเกิดขึ้นเลย บางทีแรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ตอาจลอยได้เนื่องจากเอฟเฟกต์ความร้อน แต่มันควรจะเล็กไป