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

Niebezpieczeństwa wykorzystania op-ampów poza ich specyfikacją

ghost666 07 Gru 2014 10:48 1608 0
  • Autor artykułu regularnie odpowiada na forum poświęconym precyzyjnym wzmacniaczom na pytania wynikające z niezrozumienia różnic pomiędzy specyfikowanymi warunkami działania układów i tymi w których układ istotnie ma działać, jakie zamieszcza Texas Instruments w swoich kartach katalogowych. Różnice te mają poważne techniczne implikacje, podczas aplikacji układu, gdyż zawarte w nich ograniczenia istotnie wpływają na to w jakich warunkach działać może układ. Niespełnienie tych wymagań spowodować może iż system nie będzie działał tak jak przewidywano, lub nawet ulegnie awarii.

    Jedną z popularnych kwestii, jeśli chodzi o wzmacniacze operacyjne (op-ampy) , jest wiedza co stanie się jeśli przekroczone zostanie maksymalne napięcie współbieżne na wejściu op-ampa. Gdy przyjrzymy się topologii różnicowego stopnia wejściowego, opartego o tranzystory bipolarne (patrz niżej), jasnym jest, iż liniowy zakres pracy górnej połowy stopnia wejściowego rozciąga się w zakresie napięcia nasycenia Vsat tranzystora Q1 u napięcia Vbe Q2. Oznacza to, że nieliniowe zachowanie na napięcie współbieżne, zaczyna się około 1 V poniżej napięcia zasilania i jest tym gorsze im bardziej napięcie współbieżne na wejściu układu zbliża się do dodatniego napięcia zasilania +Vs. Przyłożenie do wejścia IN+ napięcia jeszcze bliższego napięciu dodatniemu, może spowodować zmniejszenie prądu polaryzującego różnicową parę na wejściu. Jakkolwiek może nie spowodować to zwiększenia offsetu napięciowego wejścia, jednakże na pewno spowoduje zmniejszenie pasma działania układu i prędkości narastania napięciu. Sytuacja także niekorzystnie wpływa na poziom szumu napięciowego. Wszystko to poważnie wpływa na pracę wzmacniacza w domenie AC.

    Niebezpieczeństwa wykorzystania op-ampów poza ich specyfikacją
    Klasyczny stopień wejściowy wzmacniacza operacyjnego


    Podobnie, dolna część stopnia wejściowego, w przypadku gdy na IN+ będzie podawane napięcie bliskie Vsat tranzystora lub o ok. 300 mV więcej niż ujemne napięcie zasilania (-Vs) w temp 25 °C. Spowoduje to iż zmniejszy się wzmocnienie DC tego tranzystora (β będzie dążyć do jedności). Oznacza to iż nastąpi nagłe zwiększenie prądu wejściowego, co spowoduje zwiększenie się poziomu szumu prądowego na wejściu.

    Jeśli chodzi natomiast o stopień wyjściowy op-ampa, zadana topologia ogranicza zakres napięć wyjściowych. W przypadku wykorzystania układu o wspólnym emiterze, jaki pokazano na obrazku poniżej, liniowy zakres wyjściowy rozciąga się w zakresie ograniczonym - od góry napięciem Vbe Q1 i Vsat Q2, co oznacza iż można przyjąć napięcie wyjściowe Vout < +Vs - 1 V. Podobna analiza przeprowadzona dla ograniczenia od dołu zaowocuje stwierdzeniem iż Vout > -Vs + 1 V.





    Niebezpieczeństwa wykorzystania op-ampów poza ich specyfikacją
    Klasyczny stopień wyjściowy


    W przypadku wykorzystania układów z wspólnym kolektorem (tranzystory bipolarne) lub wspólnym drenem (układy CMOS), których konfiguracja pokazana jest poniżej, zakres napięć wyjściowych ograniczony jest jedynie przez Vsat tranzystora stopnia wyjściowego, który jest funkcją prądu wyjściowego. Oznacza to zatem iż : (-Vs) + Vsat < Vout < +Vs - Vsat.

    Niebezpieczeństwa wykorzystania op-ampów poza ich specyfikacją


    Napięcie Vsat zmienia się wraz z prądem wyjściowym Iout zgodnie z zależnością pokazaną poniżej. Wyższy prąd wyjściowy powoduje iż napięcie nasycenia tranzystorów Vsat zwiększa się, co z kolei ogranicza zakres napięć wyjściowych.

    Niebezpieczeństwa wykorzystania op-ampów poza ich specyfikacją


    Najpoważniejszą kwestią przy rozpatrywaniu zakresów napięć wyjściowych jest to dokładnie w jaki sposób definiowane są w karcie katalogowej stosowne parametry (patrz tabela poniżej). Zakres napięć wyjściowych rozciągający się od napięć zasilania, odnosi si do warunków nieliniowych pracy stopnia wyjściowego, to znaczy kiey tranzystory wyjściowe są w stanie nasycenia. W takiej sytuacji napięcie wyjściowe będzie się zbliżało do napięć zasilania, o wiele bardziej, jednakże parametry takie jak offset czy wzmocnienie w otwartej pętli będą znacznie gorsze, rzutując na gorszą pracę układu w domenie DC.

    Z drugiej strony, warunki dla których określanie jest wzmocnienie w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego, wymagają aby napięcie na wyjściu było dalej od napięć zasilania, w zakresie w którym możliwa jest liniowa praca tranzystorów wyjściowych. Praca taka oznacza znacznie mniejsze napięcie Vos, wzmocnienie AOL i lepsze parametry AC, zgodne z tymi w karcie katalogowej.

    Niebezpieczeństwa wykorzystania op-ampów poza ich specyfikacją


    Podsumowując projektanci systemów powinni skupiać swoją uwagę na specyfikowanych w artach katalogowych warunkach pracy, a nie maksymalnych warunkach pracy aby osiągnąć pełną korzyść z parametrów op-ampa. Jest to szczególnie istotne, aby korzystać z wzmacniacza w specyfikowanym zakresie napięć wejściowych, tak jak definiowane to jest dla specyfikacji CMRR op-ampa. Jeśli nie zrobi się tego parametry dynamiczne układu mogą być znacznie pogorszone poprzez nieliniową pracę układu wyjściowego. Aby pozostać w liniowym zakresie pracy układu najlepiej jest sugerować się napięciem wejściowym takim, jakie opisano w karcie katalogowej przy deklarowaniu wzmocnienia w otwartej pętli sprzężenia (AOL).

    Źródło:

    http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/archi...sing-op-amps-outside-the-specified-conditions


    Fajne!