移动导轨(导轨上的电压转换)对运算放大器有什么作用?


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由于我在职业生涯中花费了很大一部分时间试图使opamp的电源轨尽可能稳定在其预期电压,因此我没有真正花时间思考如果电源轨偏离固定值会发生什么。由于我只是简要研究了运算放大器的内部工作原理,因此我不确定能否确定一个答案。

那么,如果导轨在移动,信号将如何处理?(让我们说那里移动缓慢,例如小于5Hz,可能不时有1V的变化)不仅仅是在不同的电平上削波?


有一个在opamp bootstrapping其中轨道由输出信号所调制,以允许更宽的电压摆幅
科林

Answers:


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从理论上讲,无论电源做什么,OpAmp都应表现良好。

当我们离开了运算放大器的理论模型时(请记住,基本符号上甚至没有电源引脚,只有IN +,IN-和OUT),我们必须考虑越来越多的实际电路带来的细节。

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当然,许多内容对您来说显而易见,但请相信我-我们最终会得到答案。

首先,输出不得超过提供给放大器的电压。

然后,当输出试图将电压推或拉到接近轨电压时,性能会变差。当然,这将在很大程度上取决于OpAmp的设计-轨到轨放大器有望在输出端为您提供所有可用电压。

只要我们看一下直流供电的OpAmp,任何在最大输出摆幅规格范围内的信号都将起作用,并且您可以为OpAmp提供数据表允许的任何正负电压(彼此之间接地,但请注意,运算放大器无法知道接地的实际位置;提供+3 V和-7 V完全没有问题-您的放大器将尝试保持在10 V的范围内工作)。

内部电流源,差分级和输出驱动器的设计使得OpAmp可以尽快消除电源轨上的任何变化。

只有电源轨的变化变化足够快时,您才会开始注意到效果。通常,这设置在大约100 Hz至大约10 kHz之间的某个位置。

最好的部分是:它在数据表中指定;寻找PSRR(电源抑制比)。

对于直流到低频(60 ... 120 dB),该值通常很高,并且在某个点以上看起来像简单的低通特性的情况下开始降低。请注意,我们谈论的是拒绝,因此即使斜率在图表上下降,它实际上也是高通:

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请注意,图像中的文字显示:±15 V-那么对运算放大器的电源引脚实际做了什么?

与任何好的数据表规范一样,还有一个测试电路可以告诉您如何进行测量:

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这也解释了为什么图表中有两条线(-PSR和+ PSR)。例如,运算放大器的内部电流源有时将其负载从正电源馈入,有时会馈入负电源,并且内部设计不是绝对对称的。

以优秀的ol'741为例:

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只有最右边的输出级是对称的,其他所有的都不对称。更高级的部分仍将在一定程度上遵循此基本原理。

概括地说:对于DC和低频,请查看DC规格(轨到轨对增益和失真有哪些限制?)。对于更高的频率,请查看PSRR。如果对电源波动采用步进,则会产生混合,因为步进除了从一个直流电平到另一个直流电平的明显跳变外,还由一些高频部分组成,这会导致输出扰动,因为任何更高的电平-频率部分,它不能被OpAmp拒绝。

我此处未介绍的内容可以在ADI公司的教程MT-043中得到解答。这也是我从中获取图像的地方(741电路除外)。


很好的答案!为了增加个人经验,我目前正在研究执行器驱动器上的功率运算放大器在-45V电源上产生0.1Vrms纹波的设备。在大多数情况下,这没什么大不了的,但是我们需要将位置噪声降低到5ppm之类。由于运算放大器不能很好地抑制负电源上的噪声,因此我们需要认真对待这一点。
格雷厄姆

@Graham看起来数学公式看起来像样:5 ppm等于106 dB(如果我还没弄乱东西?!),所以这确实超出了您特定OpAmp的PSRR,具体取决于5 ppm指的是什么。在您的示例中(满量程?),并且考虑到PSRR通常被计算为“参考输入”(RTI),因此配置您的OpAmp的任何增益都将乘以电源轨上的纹波引起的噪声。
zebonaut

太好了,是的,我知道大部分这些内容,但是我想我会问其他所有人这个问题。也很高兴看到其他人如何看待PSRR
Voltage Spike'3

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是的,有交流效应。运算放大器的数据表应指定一个电源抑制比,该比值可为您提供电源变化对输出的最大影响。这是一个很高的数字-即使是古老的741的典型数字也在90dB范围内-但如果输出的变化随后产生电源电压的进一步变化并因此产生可能导致振荡的反馈环路,则可能意义重大。

显然,正如您所意识到的,这是除了任何直接影响(例如依赖于输入和输出的轨到轨操作)之外的结果。


是的,我知道PSRR,但是缓慢的变化呢?
电压峰值

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相同的答案,它仍然是交流!
Finbarr

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有一个可接受的答案,但我想提一个具体的例子:音频功率放大器。

这些通常由不受监管的电源供电。预期在整流的交流市电频率下会有几伏的波动,通常更多地取决于电流需求。大多数情况下,当整流二极管不导通时,电源电压会根据输出电流除以大电源电容器的值而下降。

同样,轨电压将根据信号的幅度而变化。收听时,音量较大的部分将吸收更多电流,从而降低电源电压。安静的部分不会。因此,除整流电源频率外,轨电压还在0.1-2 Hz范围内摆动。

这些放大器通常实现为分立式运算放大器,可以通过多种技巧来提高PSRR。分立式运算放大器具有GND端子,因此可以通过廉价的电容器将对电源最敏感的内部节点旁路到地。补偿电容器是运算放大器中不良PSRR的主要来源,因为必须参考其中的一种电源。在分立式运算放大器中,这可以缓解。

结果是,您可以毫无问题地获得巨大的收益。实际上,带有可调节电源轨的功率放大器非常奇特,只有在megabuck发烧音响设备中才会遇到,实际上,这是浪费金钱。

所以这是一个真实的例子;)

如果导轨在移动,信号会如何处理?(让我们说那里移动缓慢,例如小于5Hz,可能不时有1V的变化)不仅仅是在不同的电平上削波?

LF PSRR很大,所以什么也没发生。

运算放大器的HF PSRR较低,因此不喜欢在电源上产生HF振铃或其他HF噪声源(如滤波效果差的开关稳压器)的去耦问题。LF电源电压变化根本不重要。偏移电压可能会因热效应而漂移,但这应该很小。

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