. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Chyba zisku u operačních zesilovačů
22. dubna 2010 - 8:06 | Pandatron | Chyba zisku u operačních zesilovačů | Komentářů: 0  

Chyba zisku u operačních zesilovačů

Rozbor problému kolem chyby zisku operačních zesilovačů v závislosti na zpracovávané frekvenci a šířce pásma použitého obvodu.

Mezi první vlastnosti, podle kterých vybíráme vhodný operační zesilovač (OZ) do dané aplikace, je šířka pásma signálu, který bude v aplikaci pomocí tohoto zesilovače zpracováván. Jakmile jsme si ji stanovili, můžeme přistoupit ke hledání správného zesilovače. Varovné komentáře vysokofrekvenčních guru nás přitom upozorňují, že bychom se měli vyvarovat používání analogových obvodů, které jsou pro naši aplikaci příliš rychlé. Zkuste tedy vybrat zesilovač s mezní šířkou pásma jednotkového zesílení jen o málo vyšší, než jaká je maximální frekvence našeho signálu.

To může znít jako dobrá rada pro obecný výběr aktivních prvků, ovšem tato strategie návrhu nám pravděpodobně přinese jen další zklamání při praktické realizaci naší aplikace. V laboratoři můžeme snadno zjistit, že pokud použijeme vstupní signál sinusového průběhu maximální zamýšlené a navrhované frekvence, nezabírá výstupní signál zesilovače plný analogový rozsah. Zisk na maximální frekvenci je tak mnohem menší, než jaký zde byl očekáván. Přičemž rychlost přeběhu výstupního napětí je více než adekvátní. Přesto však nejsme schopni dostat ze zesilovače plný výstupní rozsah. Co je špatně?

Přestaňte znovu kontrolovat hodnoty všech rezistorů, jsou správné. Při návrhu zisku operačního zesilovače existuje však několik věcí, které jsou potřeba znát, podle kterých je potřeba vybírat toho nejvhodnějšího kandidáta pro tuto aplikaci. Kupříkladu, jaká je maximální šířka pásma vašeho signálu, neboli Signal Maximum Bandwidth - SBW? Co je closed-loop noise gain (NG) a co je gain-bandwidth-product (GBWP) u zesilovačů? Ale také například jak velkou chybu zisku jste ochotni v aplikaci ještě tolerovat? Tzv. closed-loop noise gain je zesílení zesilovače (amplifier gain), kdy jako by byl v sérii s neinvertujícím vstupem zesilovače zařazen zdroj malého napětí.

Pojďme si tento problém přiblížit více prostřednictvím jednoduchého příkladu. Dejme tomu, že počáteční šířka pásma (SBW) je 1 MHz a zesilovač pracuje se zesílením - noise-gain (NG = 1 + 9R/R), dle obr. 1, v hodnotě 10 V/V. Obrázek 1 rovněž uvádí open-loop frekvenční charakteristiku zesilovače, který má právě dostatečnou šířku pásma pro tento obvod, nebo si to alespoň myslíme. Zesilovač má 16 MHz GBWP.


Obr. 1: Tzv. open-loop zesílení a closed-loop zesílení operačního zesilovače s napěťovou
zpětnou vazbou, kdy gain-bandwidth-product je 16 MHz a noise-gain obvodu 10 V/V.

Za schématu na obr. 1 vyplývá, že schopnost podpory zisku 10 V/V (20 dB) použitého operačního zesilovače je na frekvenci 1 MHz dostatečná. Pojďme se však na problematiku podívat trochu blíže. Průběh zisku open-loop zesílení v SBW je:

V našem případě návrhu zesilovače se tento zisk (AVOL-SBW) rovná 10 V/V na 1 MHz. Ovšem zde je právě ten problém. Rozdíl zisku closed-loop konfigurace je v tomto případě roven NG/(AOL-SBW + NG). To znamená, že rozdíl zisku je v našem případě roven 0,385, respektive 38,5 %.

Pokud tak pro tento příklad, kdy jsme schopni tolerovat kupříkladu odchylku zisku zesilovače v hodnotě menší než 0,05 a pochopíme, že výchylka GBWP u jednotlivých kusů shodného typu zesilovače se může pohybovat v rozmezí až 30 % kus od kusu a navíc je různá i v závislosti na teplotě okolí, budeme potřebovat zesilovače s GBWP na minimálně 247 MHz. Odpovídající vzorec pro výpočet GBWP operačního zesilovače je:

Pomocí tohoto vzorce je možné velmi přesně definovat vhodnou šířku zesilovače pro danou aplikaci.
Po určení šířky pásma je možné přistoupit k výběru podle dalších, neméně důležitých vlastností zesilovačů do zařízení, jako je napěťový offset či šum.

Reference:
1. “Gain error affects op amp choices,” Bendaoud, Soufiane, Planet Analog, Červenec 14, 2006.
2. “Op-amp-gain error analysis,” Mancini, Ron, EDN, Prosinec 7, 2000.

Autor: C. Baker, Senior Applications Engineer, Texas Instruments







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk
Příbuzné články:
Jak eliminovat napěťový offset OZ
Problémy s přepětím u operačních zesilovačů
Chyba zisku u operačních zesilovačů

Komentáře:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PGEN170 - Generátor 5 MHz až 170 MHz
Moduly PGEN170, jejichž základem je integrovaný obvod LTC6905, jsou lineárně řízené generátory obdélníkového signálu v rozsahu 5 MHz až 170 MHz.
Skladem od 630 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007