ผลกระทบของความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าซัพพลายในโทโพโลยีแอมป์แอมป์คืออะไร?

ผลของการ $\Delta V$ การเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าในอินพุตแรงดันไฟฟ้าอินพุตของ opamp บนพฤติกรรมการทำงาน ($\Delta V$ สามารถบวกหรือลบ)?

สมมติว่าฉันกำลังออกแบบแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่มีการแปลงกลับ $R_1 = 100k\Omega$ และ $R_2 = 1k\Omega$. แรงดันไฟฟ้าของอุปทานคือ;$V_+ = +5.0V$ และ $V_- = -4.5V$. และ opamp ของฉันคือMCP6V31 อะไรคือแรงดันไฟฟ้าขาออกถ้าแรงดันไฟฟ้าอินพุตของฉันคือ 1kHz แรงดันไซน์, 10mV peak-to-peak

คำตอบข้างต้นไม่น่าพอใจในบางวิธี แอนดี้มีข้อสันนิษฐานและการคำนวณที่ไม่ถูกต้องในขณะที่ "ตัวยึด" เป็นหลักบอกคุณว่าไม่มีอะไรสามารถพูดได้ ... ซึ่งไม่ใช่กรณี

ข้อผิดพลาดของ Andy คือการสมมติว่าในตัวอย่างที่เป็นตัวเลขจะต้องพิจารณา PSRR ที่ 1kHz แต่จริง ๆ แล้วจะต้องได้รับการพิจารณาที่ DC ตามคำสั่งปัญหาต่อไปนี้ (ฉันอ้างในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงโดยไม่ต้องแจ้งให้ทราบล่วงหน้า)

สมมติว่าฉันกำลังออกแบบแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่มีการแปลงกลับด้วย R1 = 100kO และ R2 = 1kO แรงดันไฟฟ้าของอุปทานคือ; V + = + 5.0V และ V - = - 4.5V และ opamp ของฉันคือ MCP6V31 อะไรคือแรงดันไฟฟ้าขาออกถ้าแรงดันไฟฟ้าอินพุตของฉันคือ 1kHz แรงดันไซน์, 10mV peak-to-peak

ดังนั้นจากกราฟที่เราคาดหวัง -90dB PSRR ที่ 0Hz (DC) ซึ่งจะแปลเป็นประมาณ 3MV DC ตรงข้ามที่เอาท์พุท สำหรับสัญญาณอินพุตที่ระบุซึ่งจะสังเกตได้ยากเนื่องจากเอาต์พุตจะมีส่วนประกอบ AC เป็น 1Vp-p หากคุณปล่อยสัญญาณอินพุตไปที่ 10 microvolts pp ค่า DC ตรงข้ามในเอาต์พุตที่เกิดจากความไม่สมดุลของรางจะเห็นได้ชัดเจน พิสูจน์โดย LTspice

คำถามที่ถาม:

ตอนนี้ปล่อยสัญญาณอินพุตให้เหลือสิบ microvolts pp

ตอนนี้มีออฟเซ็ต DC ที่มองเห็นได้ เพื่อโน้มน้าวคุณว่าส่วนใหญ่เกิดจากความไม่สมดุลของแหล่งจ่ายไฟด้านล่างเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นหากคุณใช้รางที่สมดุลอย่างสมบูรณ์ที่สัญญาณอินพุต 10 microvolts เดียวกัน

มีบางส่วนตรงข้ามที่เกิดจากลักษณะที่ไม่เหมาะอื่น ๆ ของ op-amp (แรงดันออฟเซ็ตอินพุต, กระแสไบแอสอินพุต) แต่มันน้อยกว่าอันที่เกิดจากความไม่สมดุลของรางพลังงาน

เห็นได้ชัดว่าคุณสามารถคลิปบนรางเชิงลบได้เร็วขึ้นหากเลื่อนขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (ให้สัญญาณอินพุตที่มีขนาดใหญ่พอ) ฉันไม่ได้เพิ่มกราฟสำหรับสิ่งนั้นเนื่องจากมันค่อนข้างชัดเจน

หากรางพลังงานเคลื่อนที่ขึ้นและลงคุณสามารถดูว่าจะมีผลกระทบอย่างไรกับเครื่องขยายเสียงโดยดูกราฟของอัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟ (PSRR): -

ฉันถ่ายภาพนี้จากแผ่นข้อมูลและสำหรับสัญญาณ 1kHz ทับบนรางไฟ (บวกหรือลบ) มีการปฏิเสธ 45dB ซึ่งหมายความว่าหาก 1Vp-p 1kHz อยู่บนรางไฟฟ้าจะมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากับที่อินพุต: -

$V_{INPUT} = 10^{(\frac{-45}{20})} = 5.62mV_{P-P}$

หากกำไรของคุณเป็นเอกภาพคุณจะเห็นแรงดันไฟฟ้านี้ที่เอาต์พุต ถ้ากำไรของคุณเท่ากับ 10 คุณจะเห็นแรงดันนี้สิบเท่า

แก้ไขพูดอย่างเคร่งครัดคุณควรใช้เกนที่ไม่ได้รับกลับด้านเพื่อตรวจสอบเสียงของแหล่งจ่ายไฟที่เห็นที่เอาต์พุตของ op-amp ซึ่งหมายความว่าสำหรับการปรับแต่งค่า op-amp กลับหัวกลับที่มีกำไรเพียง 0.01 เสียงของแหล่งจ่ายไฟบนเอาต์พุตจะถูกคูณด้วย 1.01 และไม่ใช่ 0.01 แรงดันไฟฟ้าอินพุต 1Vp-p 1kHz ที่ป้อนผ่านแอมพลิฟายเออร์ที่ได้รับ 0.01 จะสร้างเอาต์พุตที่ 10mVp-p และถ้า PSRR ที่ 1kHz เป็น 45dB และมี 1kHz 1Vp-p บนรางไฟฟ้าทั้งสองจะยังคงเป็นจริง 5.62mVp-p ของสัญญาณรบกวนบนเอาท์พุทและนี่จะทำให้สัญญาณเสีย

PSRRบนวิกิพีเดีย

ความไม่สมดุลของรถไฟยากที่จะกำหนดโดยไม่ทราบว่าโทโพโลยีภายในของ op-amp หลายคนคิดว่า op-amp เป็น op-amp แต่ในความเป็นจริงมีการใช้งานและเทคโนโลยีที่แตกต่างกันและการแลกเปลี่ยน

คุณจะไม่ได้รับคำตอบที่ชัดเจน (เว้นแต่ผู้ออกแบบจะซุ่มอยู่ที่นี่) แต่โดยทั่วไปความไม่สมมาตรจะปรากฏในสองวิธี ประการแรกคือการเคลื่อนที่ของสัญญาณด้วยรางเลื่อนช่วงของการทำงานก็จะถูกเลื่อนเช่นกันถ้าคุณมีรางไปยังรางรถไฟ op-amp และคุณเลื่อนรางสัญญาณก็จะเคลื่อนที่

ปัญหาที่สองปรากฏตัวในผลิตภัณฑ์ที่ผิดเพี้ยนบ่อยครั้งที่วงจรภายในมีฟังก์ชั่นเสริมหนึ่งที่อ้างอิงถึงรถไฟบนและอื่น ๆ ที่อ้างอิงถึงรถไฟล่างและทั้งสองมีจุดปฏิบัติการที่แตกต่างกันเล็กน้อยขณะที่สัญญาณเคลื่อนที่ผ่านระบบปฏิบัติการต่างๆ op-amp, เอฟเฟกต์ที่แตกต่างกันจะปรากฏขึ้นและแสดงออกมาเป็นหลักว่าเป็นผลิตภัณฑ์ที่บิดเบือน (หรือความแตกต่างของอัตราการฆ่า)

เพื่อให้เข้าใจอย่างถ่องแท้คุณต้องศึกษา op-amp มากกว่าที่คุณต้องการจริงๆ

ข้อ จำกัด ส่วนใหญ่ฝังอยู่ในแผ่นข้อมูล หากคุณรู้ว่าคุณกำลังทำอะไรอยู่คุณจะได้รับคำแนะนำเกี่ยวกับโทโพโลยีภายในจากนั้น