एक ऑम्पैम्प के लिए मूविंग रेल्स (रेल्स पर वोल्टेज शिफ्टिंग) क्या करते हैं?

Question

चूँकि मैंने अपने करियर का एक अच्छा हिस्सा अपने इच्छित वोल्टेज पर ओप्पम की रेल को स्थिर करने की कोशिश कर रहा है, इसलिए मैंने वास्तव में यह सोचने में कोई समय नहीं बिताया है कि यदि रेल एक निश्चित मूल्य से दूर जा रही है तो क्या होगा। चूँकि मैंने केवल op amps के आंतरिक कामकाज का संक्षेप में अध्ययन किया है, इसलिए मुझे यकीन नहीं है कि मैं एक निश्चित उत्तर के साथ आ सकता हूं।

तो, अगर रेल चलती है तो सिग्नल का क्या होता है? (केवल 5Hz से कम की तरह धीरे-धीरे आगे बढ़ने की अनुमति देता है, हो सकता है कि समय-समय पर 1V शिफ्ट हो) क्या यह सिर्फ विभिन्न स्तरों पर क्लिपिंग से अधिक है?

Comments

एक नज़र है, opamp bootstrappingजहां व्यापक वोल्टेज झूलों की अनुमति देने के लिए पटरियों को आउटपुट सिग्नल द्वारा संशोधित किया जाता है

— कॉलिन

Answer 1

सिद्धांत रूप में, OpAmp को कोई फर्क नहीं पड़ता कि आपूर्ति क्या कर रही है।

जैसा कि हम एक OpAmp के सैद्धांतिक मॉडल को छोड़ते हैं (याद रखें कि मूल प्रतीक पर, यहां तक ​​कि सिर्फ IN +, IN- और OUT में भी आपूर्ति नहीं होती है), हमें वास्तविक सर्किट द्वारा लाए गए अधिक से अधिक विवरणों पर विचार करना होगा।

बेशक आप के लिए बहुत कुछ स्पष्ट होगा, लेकिन मुझ पर भरोसा करें - हम अंततः एक उत्तर प्राप्त करेंगे।

सबसे पहले, आउटपुट कभी भी एम्प को आपूर्ति की गई वोल्टेज से अधिक नहीं हो सकता है।

फिर, आउटपुट खराब हो जाता है जब आउटपुट वोल्टेज को रेल के करीब खींचने या खींचने की कोशिश कर रहा होता है। यह निश्चित रूप से, OpAmp के डिजाइन पर बहुत अधिक निर्भर करेगा - और रेल-टू-रेल एम्प्स आपको आउटपुट पर सभी उपलब्ध वोल्टेज देने का वादा करता है।

जब तक हम एक डीसी-आपूर्ति वाले OpAmp को देखते हैं, अधिकतम आउटपुट स्विंग के विनिर्देश के भीतर कोई भी संकेत अच्छी तरह से काम करेगा, और आप डेटा शीट द्वारा अनुमत किसी भी सकारात्मक और नकारात्मक वोल्टेज के साथ OpAmp की आपूर्ति कर सकते हैं (एक दूसरे के संबंध में और जमीन पर, लेकिन ध्यान दें कि OpAmp के पास यह जानने का कोई तरीका नहीं है कि वास्तव में जमीन कहां है, +3 V और -7 V की आपूर्ति में कोई समस्या नहीं है - और आपका amp 10 V की सीमा के भीतर काम करने की कोशिश करेगा)।

आंतरिक वर्तमान स्रोत, विभेदक चरणों और आउटपुट ड्राइवरों को ऐसे डिज़ाइन किया गया है कि OpAmp आपूर्ति रेल पर किसी भी रूपांतर को जितनी जल्दी हो सके उतनी जल्दी से रद्द कर देता है।

केवल अगर आपूर्ति रेल पर विविधताएं जल्दी से पर्याप्त बदलती हैं, तो आप एक प्रभाव को नोटिस करना शुरू कर देंगे। आमतौर पर, यह कुछ 100 हर्ट्ज से कुछ 10 किलोहर्ट्ज़ के बीच कहीं सेट होता है।

और सबसे अच्छा हिस्सा: यह डेटा शीट में निर्दिष्ट है; PSRR (पावर सप्लाई रिजेक्शन रेशियो) की तलाश करें।

मान आमतौर पर डीसी से कम आवृत्तियों (60 ... 120 डीबी) के लिए बहुत अधिक होता है और एक निश्चित बिंदु से ऊपर एक साधारण कम-पास विशेषता की तरह दिखने के साथ नीचा दिखाना शुरू कर देता है। ध्यान दें कि हम अस्वीकृति के बारे में बात कर रहे हैं , इसलिए यह वास्तव में एक उच्च-पास है, हालांकि ढलान आरेख पर नीचे जाता है:

ध्यान दें कि छवि में पाठ कहता है: so 15 V - तो वास्तव में OpAmp की आपूर्ति पिन के लिए क्या किया जाता है?

किसी भी अच्छे डेटा शीट विनिर्देश के साथ, एक परीक्षण सर्किट भी है जो आपको बताता है कि यह कैसे मापा जाता है:

यह भी बताता है कि आरेख (-PSR और + PSR) में दो लाइनें क्यों हैं। उदाहरण के लिए, OpAmp के आंतरिक वर्तमान स्रोत, कभी-कभी सकारात्मक आपूर्ति से अपने भार को खिलाते हैं, कभी-कभी नकारात्मक आपूर्ति में, और आंतरिक डिजाइन बिल्कुल सममित नहीं होते हैं।

एक उदाहरण के रूप में अच्छा ol '741 लें:

केवल बहुत ही सही पर आउटपुट स्टेज सममित है, बाकी सब कुछ नहीं है। अधिक उन्नत भाग अभी भी एक निश्चित डिग्री तक इस मूल सिद्धांत का पालन करेंगे।

संक्षेप में: डीसी और कम आवृत्तियों के लिए, डीसी विनिर्देशों को देखें (रेल-टू-रेल क्या सीमाओं के लिए और विरूपण के साथ?)। उच्च आवृत्तियों के लिए, PSRR को देखें। यदि आप आपूर्ति के उतार-चढ़ाव के लिए एक कदम लागू करते हैं, तो आपके पास एक मिश्रण है, क्योंकि एक कदम कुछ उच्च-आवृत्ति वाले हिस्से से बना होता है, जिसमें स्पष्ट छलांग एक डीसी स्तर से दूसरे डीसी स्तर तक होती है, जिसके परिणामस्वरूप जो कुछ भी उच्चतर होता है, उत्पादन में गड़बड़ी होती है कदम का -Fququency हिस्सा है कि OpAmp द्वारा अस्वीकार नहीं किया जा सकता है।

यहां मैंने जो कवर नहीं किया है उसका जवाब एनालॉग डिवाइसेस के ट्यूटोरियल MT-043 में दिया जा सकता है । यह वह जगह भी है जहां मैंने छवियों को लिया है (741 सर्किट को छोड़कर)।

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बहुत बढ़िया जवाब! एक व्यक्तिगत अनुभव जोड़ने के लिए, मैं वर्तमान में उन उपकरणों पर काम कर रहा हूं, जहां -45V आपूर्ति पर एक एक्ट्यूएटर ड्राइवर पर एक पॉवर ऑप-एम्पी को 0.1Vrms की तरंग मिल रही थी। ज्यादातर स्थितियों में यह कोई बड़ी बात नहीं होगी, लेकिन हमें 5ppm जैसी किसी चीज के लिए पोजिशन शोर की जरूरत है। नकारात्मक आपूर्ति पर शोर को खारिज करने में op-amp कम अच्छा होने के साथ, यह कुछ ऐसी चीज थी जिसे हमें गंभीरता से लेने की आवश्यकता थी।

— ग्राहम

@ ग्राहम की तरह लगता है कि गणित काम करता है: 5 पीपीएम 106 डीबी के बराबर है (अगर मैंने चीजों को गड़बड़ नहीं किया है?), तो यह वास्तव में आपके विशेष OpAmp के PSRR से परे हो सकता है, जो 5 पीपीएम को संदर्भित करता है। आपके उदाहरण में (पूर्ण-स्केल?), और यह देखते हुए कि PSRR को अक्सर "इनपुट के लिए संदर्भित" (RTI) की गणना की जाती है, इसलिए आपके OpAmp को कॉन्फ़िगर किया गया कोई भी लाभ आपूर्ति की पटरियों पर लहर के कारण होने वाले शोर को गुणा करेगा।

— ज़ेबोनुत

यह एक अजीब बात है, हाँ, मैं इस सामान को जानता हूं, लेकिन मुझे लगा कि मैं बाकी सभी के लिए सवाल पूछूंगा। यह देखने के लिए भी अच्छा है कि अन्य लोग PSRR को कैसे देखते हैं

— वोल्ट स्पाइक

Answer 2

हां, एसी प्रभाव हैं। Op-amp डेटाशीट में एक बिजली आपूर्ति अस्वीकृति अनुपात निर्दिष्ट करना चाहिए जो आपको अधिकतम प्रभाव देता है कि बिजली की आपूर्ति में बदलाव का आउटपुट पर होगा। यह एक बहुत ही उच्च आंकड़ा है - यहां तक ​​कि प्राचीन 741 में 90dB रेंज में एक विशिष्ट आंकड़ा है - लेकिन यह महत्वपूर्ण हो सकता है यदि आउटपुट में परिवर्तन तब बिजली आपूर्ति वोल्टेज में और परिवर्तन करता है और इसलिए एक प्रतिक्रिया लूप बनाता है जो दोलनों को जन्म दे सकता है।

जाहिर है, जैसा कि आप समझते हैं, यह इनपुट और आउटपुट के रेल-टू-रेल संचालन पर भरोसा करने जैसे किसी भी प्रत्यक्ष प्रभाव के अलावा है।

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हाँ, मुझे PSRR के बारे में पता है, लेकिन धीमे बदलावों के बारे में क्या?

— वोल्टेज स्पिक

एक ही जवाब, यह अभी भी एसी है!

— फ़िनबार

Answer 3

एक स्वीकृत उत्तर है, लेकिन मैं एक विशिष्ट उदाहरण का उल्लेख करना चाहता था: ऑडियो पावर एम्प्स।

ये आमतौर पर अनियमित रेल से संचालित होते हैं। सुधारित एसी मेन आवृत्ति पर कई वोल्ट रिपल की अपेक्षा करें, जो अक्सर वर्तमान मांगों के आधार पर अधिक होता है। जब आयत डायोड का संचालन नहीं हो रहा है, जो कि ज्यादातर समय होता है, तो आपूर्ति वोल्टेज बड़ी आपूर्ति संधारित्र के मूल्य से विभाजित आउटपुट वर्तमान के अनुसार घट रही है।

इसके अलावा, सिग्नल के आयाम के आधार पर रेल वोल्टेज अलग-अलग होगा। सुनते समय, लाउडर भाग रेल वोल्टेज को कम करने, अधिक वर्तमान खींचेंगे। शांत भागों नहीं होगा। इस प्रकार रेक्टिफाइड मैन्स फ्रीक्वेंसी के अलावा 0.1-2 हर्ट्ज क्षेत्र में रेल वोल्टेज विगल्स।

इन एम्प्स को आमतौर पर असतत ओपैम्प्स के रूप में लागू किया जाता है, जो PSRR को बढ़ाने के लिए कई ट्रिक्स को सक्षम बनाता है। असतत opamp में GND टर्मिनल होता है, इसलिए बिजली की आपूर्ति के लिए सबसे अधिक संवेदनशील नोड्स को एक सस्ते संधारित्र के माध्यम से जमीन पर बाईपास किया जा सकता है। मुआवजा संधारित्र खराब पीएसआरआर का एक बड़ा स्रोत है, क्योंकि यह आपूर्ति में से एक को संदर्भित किया जाना है। एक असतत opamp में, इसे कम किया जा सकता है।

नतीजा यह है कि आप बिना किसी मुद्दे के रेल पर भारी लहर ला सकते हैं। वास्तव में, विनियमित रेल के साथ पावर एम्प्स बहुत ही विदेशी हैं, जो केवल मेगाबॉक ऑडियोफाइल गियर में सामना करते हैं, और वास्तविक रूप से, पैसे की बर्बादी।

तो यहाँ एक वास्तविक जीवन उदाहरण है;)

यदि रेल चलती है तो सिग्नल का क्या होता है? (केवल 5Hz से कम की तरह धीरे-धीरे आगे बढ़ने की अनुमति देता है, हो सकता है कि समय-समय पर 1V शिफ्ट हो) क्या यह सिर्फ विभिन्न स्तरों पर क्लिपिंग से अधिक है?

LF PSRR बहुत बड़ा है, इसलिए कुछ भी नहीं होता है।

ओप्स में कम एचएफ पीएसआरआर होता है, और इस प्रकार खराब डिकॉप्लिंग को नापसंद करता है जो आपूर्ति पर एचएफ रिंगिंग बनाता है, या एचएफ शोर के अन्य स्रोतों जैसे कि बुरी तरह से फ़िल्टर किए गए स्विचिंग नियामकों। एलएफ आपूर्ति वोल्टेज भिन्नता बिल्कुल भी मायने नहीं रखना चाहिए। शायद थर्मल प्रभाव के कारण ऑफसेट वोल्टेज बहाव हो सकता है, लेकिन यह छोटा होना चाहिए।