Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Offset i wzmocnienie w otwartej pętli w wzmacniaczach operacyjnych

ghost666 14 Sie 2012 13:57 3927 0
  • Bruce Trump, na swoim blogu na portalu Engineer to Engineer (E2E) prowadzonym przez firmę Texas Instruments umieścił wpis w którym opisuje zależność pomiędzy ofsetem wejściowym wzmacniacza operacyjnego a jego wzmocnieniem w otwartej pętli sprzężenia. Okazuje się iż te dwa parametry są ze sobą dosyć mocno związane.

    Każdy wie czym jest offset wejściowy. W najprostszej aplikacji wzmacniacza operacyjnego z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego, gdzie wzmocnienie równa się jeden (wtórnik napięciowy) gdy zewrzemy wejście do masy - tak jak na poniższym obrazku - napięcie wyjściowe będzie wynosiło dokładnie tyle ile offset wejścia. Przybliżyć to napięcie można jako napięcie przyłożone do szeregowo do wejścia układu. W układzie po prawej stronie poniższej ilustracji wzmocnienie wynosi 1000, w związku z tym teoretycznie na wyjściu powinniśmy zobaczyć napięcie 1000*Vos, gdzie Vos to nasz offset.

    Offset i wzmocnienie w otwartej pętli w wzmacniaczach operacyjnych


    Teoretyczne rozważania na temat napięcia wyjściowego w takim układzie nie w pełni przewidują co się stanie. Napięcie na wyjściu nie do końca będzie zgadzać się z wyjściowym. Rozważmy skąd zatem bierze się ta różnica. Pomoże to zrozumieć przyczynę popełniania błędów podczas projektowania układów opartych o wzmacniacze różnicowe.

    W pierwszym przypadku, gdy wzmocnienie równa się jeden, napięcie wyjściowe jest blisko masy (zakładając napięcie symetryczne). Jest to właśnie napięcie przy którym mierzy się napięcie offsetu danego układu. W drugim przypadku napięcie na wyjściu będzie większe, może wynieść nawet kilka woltów dla układów z co większym offsetem. Oznacza to że na wejściu pojawi się pewne dodatkowe napięcie, które musi wymusić zwiększenie się napięcia wyjściowego - wynika to z istnienia pętli sprzężenia zwrotnego jak i z ogólnej zasady działania op-ampa. Dokonajmy pewnych prostych obliczeń. Załóżmy iż wzmocnienie w rozwartej pętli wynosi 100 dB, czyli 1/10^(100 dB/20) = 10 µV/V. Zatem na każdy wolt o który napięcie wyjściowe odsunie się od masy (czyli środka napięcia zasilającego, gdy to jest symetryczne) na wejściu musi pojawić się dodatkowe 10 µV. Potraktujmy to napięcie jak dodatkowy offset pojawiający się wraz z zmianą napięcia stałego na wyjściu układu. Dla 9 V napięcia wyjściowego jest to już 90 µV - prawie 0,1 mV. W pewnych układach może to być już dosyć duża wartość.

    Celem tych obliczeń jest pokazanie że skończone wzmocnienie w otwartej pętli zmieniające offset układu pozwala na intuicyjne oszacowanie jaki będzie błąd napięcia wyjściowego, wprowadzony przez offset. Pozwala to także poznać charakter tego błędu. Jeśli zmierzymy napięcie offsetu i wzmocnienie w otwartej pętli przemiatając cały zakres napięć wyjściowych otrzymamy zależność tych parametrów od napięcia wyjściowego. Wykres tej zależności może wyglądać następując:

    Offset i wzmocnienie w otwartej pętli w wzmacniaczach operacyjnych


    Zwróćcie uwagę iż największe zmiany w napięciu offsetu zachodzą przy krańcach zakresu, blisko napięć zasilających. W takiej sytuacji op-amp musi 'ciężko pracować' aby wygenerować odpowiednie napięcie na wyjściu, co powoduje wzrost offsetu i spadek wzmocnienia. Wzmocnienie zawsze największe będzie na środku zakresu. Jeśli zbliżymy się do krańców zakresu wzrost offsetu będzie znaczny. Pamiętajmy o tym podczas projektowania swojego układu.
    Źródła:
    http://e2e.ti.com/blogs_/b/thesignal/archive/...id_pod3=LTEwMzA5MzI3ODYS1&sp_mid_pod3=4968551


    Fajne!