ओपैंप एम्पलीफायर टोपोलॉजी में आपूर्ति वोल्टेज विषमता का क्या प्रभाव है?

Question

अपने कार्यात्मक व्यवहार पर एक opamp की आपूर्ति वोल्टेज इनपुट में से एक में वोल्टेज बदलाव का क्या प्रभाव है ( \ Delta V सकारात्मक या नकारात्मक हो सकता है)?$\Delta V$$\Delta V$

मान लीजिए कि, मैं $R_1 = 100k\Omega$ और R_2 = 1k \ Omega के साथ एक गैर- इनवर्टिंग एम्पलीफायर डिज़ाइन कर रहा हूं $R_2 = 1k\Omega$। आपूर्ति वोल्टेज हैं; $V_+ = +5.0V$ और $V_- = -4.5V$ । और मेरा opamp MCP6V31 है । आउटपुट वोल्टेज क्या होगा, अगर मेरा इनपुट वोल्टेज 1kHz साइनसोइडल वोल्टेज, 10mV पीक-टू-पीक है?

Answer 1

ऊपर दिए गए उत्तर कुछ मायनों में असंतोषजनक हैं। एंडी की गलत धारणा और गणना है, जबकि "प्लेसहोल्डर" अनिवार्य रूप से बताता है कि कुछ भी ठोस नहीं कहा जा सकता है ... जो कि मामला नहीं है।

एंडी की त्रुटि यह मानने के लिए है कि संख्यात्मक उदाहरण में PSRR को 1kHz पर माना जाना है, लेकिन इसे वास्तव में DC पर विचार करने की आवश्यकता है, जिसे निम्नलिखित समस्या कथन दिया गया है (मैं मामले में इसे बिना नोटिस के बदल रहा हूं [फिर से]):

मान लीजिए कि, मैं R1 = 100kO और R2 = 1kO के साथ नॉन-इनवर्टिंग एम्पलीफायर डिजाइन कर रहा हूं। आपूर्ति वोल्टेज हैं; वी + = + 5.0 वी और वी - = - 4.5 वी। और मेरा opamp MCP6V31 है। आउटपुट वोल्टेज क्या होगा, अगर मेरा इनपुट वोल्टेज 1kHz साइनसोइडल वोल्टेज, 10mV पीक-टू-पीक है?

इसलिए, ग्राफ से हम 0Hz (DC) पर -90dB PSRR की उम्मीद करेंगे, जो आउटपुट में लगभग 3mV DC ऑफसेट में तब्दील होगा। बताए गए इनपुट सिग्नल के लिए जो शायद ही ध्यान देने योग्य होंगे क्योंकि आउटपुट में 1Vp-p का एसी घटक होगा। यदि आप हालांकि 10 माइक्रोवोल्ट्स पीपीपी को इनपुट सिग्नल छोड़ते हैं, तो रेल असंतुलन के कारण होने वाले आउटपुट में डीसी ऑफसेट निश्चित रूप से ध्यान देने योग्य होगा। एलटीस्पाइस द्वारा प्रमाण।

पूछे गए सवाल:

अब इनपुट सिग्नल को दस माइक्रोवोल्ट पीपीपी पर छोड़ना।

अब आउटपुट पर एक दृश्यमान डीसी ऑफसेट है। बस आपको यह समझाने के लिए कि यह ज्यादातर बिजली की आपूर्ति के असंतुलन के कारण होता है, नीचे क्या होता है यदि आप उसी 10 माइक्रोवॉल्ट्स इनपुट सिग्नल पर पूरी तरह से संतुलित रेल का उपयोग करते हैं।

ऑप-एम्पी (इनपुट ऑफ़सेट वोल्टेज, इनपुट बायस धाराओं) की अन्य गैर-आदर्श विशेषताओं के कारण यहां कुछ ऑफ़सेट भी हैं, लेकिन यह पावर रेल असंतुलन के कारण बहुत कम है।

जाहिर है आप नकारात्मक रेल पर जल्द ही क्लिप कर सकते हैं यदि इसे और अधिक महत्वपूर्ण रूप से स्थानांतरित किया जाता है (एक बड़े पर्याप्त इनपुट संकेत दिया जाता है)। मैं इसके लिए एक ग्राफ नहीं जोड़ रहा हूँ क्योंकि यह स्पष्ट है।

Answer 2

यदि बिजली की रेल ऊपर-नीचे हो रही है, तो आप देख सकते हैं कि यह बिजली की आपूर्ति अस्वीकृति अनुपात (PSRR) के ग्राफ को देखकर एम्पलीफायर को कैसे प्रभावित करता है: -

मैंने इस चित्र को डेटा शीट से लिया है और पावर रेल (सकारात्मक या नकारात्मक) पर आरोपित 1kHz सिग्नल के लिए अस्वीकृति का 45dB है। इसका मतलब है कि अगर 1Vp-p 1kHz एक पावर रेल पर है, तो इसके इनपुट के बराबर वोल्टेज है: -

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

यदि आपका लाभ एकता है तो आप इस वोल्टेज को आउटपुट पर देखेंगे। यदि आपका लाभ 10 है तो आप इस वोल्टेज को दस गुना देखेंगे।

EDIT सख्ती से बोल रहा है कि आपको एक op-amp के आउटपुट में देखी जाने वाली बिजली की आपूर्ति के शोर को निर्धारित करने के लिए गैर-इनवर्टिंग लाभ का उपयोग करना चाहिए। इसका मतलब यह है कि केवल 0.01 के लाभ के साथ एक अयोग्य ऑप-एम्प कॉन्फ़िगरेशन के लिए, आउटपुट पर बिजली की आपूर्ति का शोर 1.01 से गुणा किया जाता है न कि 0.01 से। 0.01 के लाभ के साथ एक inverting एम्पलीफायर के माध्यम से खिलाया गया 1Vp-p 1kHz इनपुट वोल्टेज 10mVp-p का आउटपुट उत्पन्न करेगा और यदि 1kHz पर PSRR 45dB है और किसी भी पावर रेल पर 1kHz 1pp-p है, तब भी वस्तुतः होगा। 5.62mVp- आउटपुट पर शोर और यह सिग्नल को खराब करने वाला है।

विकिपीडिया पर PSRR

Comments

IMHO, ओपी का मतलब है कि इनपुट सिग्नल 1kHz है, न कि बिजली की आपूर्ति का शोर।

— जॉनफाउंड

@johnfound Op का इनपुट सिग्नल 1kHz है इसलिए यह बताता है कि PSRR 1kHz पर क्या है!

— एंडी उर्फ

नहीं, यह नहीं है। एम्पलीफायर के इनपुट पर सिग्नल के रूप में पावर लाइन में शोर बहुत ही कम आवृत्ति विशेषताओं के समान है। बिजली लाइनों में 50 हर्ट्ज या 30..40kHz होना बहुत आम है, जबकि 1kHz का होना लगभग असंभव है।

— जॉनफाउंड

@johnfound सबसे खराब स्थिति तब होती है जब पावर शोर इनपुट के समान आवृत्ति है - यदि यह 1kHz या 100kHz है तो इससे कोई फर्क नहीं पड़ता - मैंने जो उत्तर दिया है वह एक उदाहरण है। मैं यह भी बता सकता हूं कि 50 हर्ट्ज की तुलना में 100 हर्ट्ज को देखने की बहुत अधिक संभावना है (क्योंकि यह ब्रिज रेक्टिफायर से तरंग की आवृत्ति होगी)। मुझे लगता है कि तुम अब बाल बांट रहे हो।

— एंडी उर्फ

ठीक है, आप केवल 100Hz मुद्दे के बारे में सही हैं। : पी

— जॉनफाउंड

Answer 3

रेल एसिमेट्रीज़ ऑप-amp की आंतरिक टोपोलॉजी को जाने बिना निर्धारित करना कठिन है। बहुत सारे लोग सोचते हैं कि एक ऑप-एम्प एक ऑप-एम्प है, लेकिन वास्तव में कई अलग-अलग कार्यान्वयन और प्रौद्योगिकियां और व्यापार-ऑफ हैं।

आपको निश्चित उत्तर नहीं मिलेंगे (जब तक कि डिजाइनर यहाँ दुबके नहीं होते), लेकिन सामान्य तौर पर विषमता दो तरह से प्रकट होती है। पहला सिग्नल भ्रमण है, जिसमें रेल को स्थानांतरित करने के साथ-साथ ऑपरेशन की श्रेणी को भी स्थानांतरित किया जाता है, यदि आपके पास रेल से रेल ऑप-एम्प है और आप रेल को आगे बढ़ाते हैं तो सिग्नल भी स्थानांतरित हो जाएगा।

दूसरा मुद्दा विकृति उत्पादों में प्रकट होता है, अक्सर आंतरिक सर्किटरी में पूरक कार्यक्षमता होती है, एक ऊपरी रेल को संदर्भित करता है और दूसरा निचली रेल को संदर्भित किया जाता है और दोनों थोड़े अलग ऑपरेटिंग बिंदुओं के साथ होते हैं, क्योंकि सिग्नल विभिन्न संचालन के संचालन से गुजरता है। op-amp, अलग-अलग प्रभाव पॉप अप करते हैं और खुद को मुख्य रूप से विरूपण उत्पादों (या slew दर अंतर) के रूप में प्रकट करते हैं।

इसे पूरी तरह से समझने के लिए आपको ऑप-एम्पी का अध्ययन करने की आवश्यकता होगी जो आपको वास्तव में आवश्यकता से अधिक है।

अधिकांश बाधाएँ डेटा-शीट में एम्बेडेड होती हैं। यदि आप जानते हैं कि आप क्या कर रहे हैं, तो आप उस से आंतरिक टोपोलॉजी के रूप में संकेत प्राप्त कर सकते हैं।