Hoe werkt deze OP-AMP niet-inverterende versterker?

In dit niet-inverterende circuit op pagina 6 van "A Single-Supply Op-Amp Circuit Collection ( SLOA058 )":

Schematic 1

Ik ben de vergelijking te weten gekomen (uitgaande van Vcc = + 5 V):

$$ Vo = (Vin-2.5) * \ frac {R_ {1} + R_ {2}} {R_ {1}} + 2.5 $$

Wat -2,78 V voor Vin = 0,1 V oplevert. Dat kan niet worden voldaan, omdat dit een enkele toevoerhandeling is.

Ik heb mijn vergelijking met deze specerij-simulatie met verschillende Vin-spanningen geverifieerd. Het knipt ook als ik SINE (0 500m 1k) geef als Vin:

Schematic 2

Bewerken: er is een typfout in het bovenstaande schema. R2 zou moeten gaan naar Vcc/2 in plaats van GND.

Wat doe ik verkeerd? Ik denk dat er een Vcc/2-bias moet zijn bij \ $ V ^ {+} \ $. Maar kan TI het mis hebben?

Ook bij het direct toevoegen van een Vcc/2-bron met lage uitgangsimpedantie op \ $ V ^ {+} \ $, krijgt het effect niet het gewenste effect. Je moet een kleine grote serieweerstand (100K) achter de Vcc/2-bron plaatsen. Waarom is dat?

Bewerken: dit komt door de serieweerstanden van de spanningsbronnen, zowel Vcc/2 als Vin. De serieweerstanden vormen een spanningsdeler daartussen en voorkomen dat u een bias creëert; in feite zal dit een bias creëren en bijna Vin verwijderen. Kan de bovenstaande vraag echter nog steeds niet achterhalen.

Edit:

OK, ik wilde dit geen lange vraag stellen. Er zijn echter misverstanden die normaal zijn omdat ik gehaast was toen ik deze vraag stelde, dus ik was niet duidelijk genoeg.

Ik gebruik een model van LM324 in plaats van een ideaal OP-AMP.

Hier is het circuit dat ik denk dat het zou moeten zijn:

First circuit

Graph of first circuit

Hier is het circuit in TI-papier:

Second circuit

Graph of second circuit

Het is duidelijk dat er een biasfout is.

1
@Kaz ah, ja, dat is het circuit van de TI, waarvan ik dacht dat het verkeerd was.
toegevoegd de auteur Christian Berg, de bron
@Kaz naar welk circuit verwijst u? De ene na "Hier is het circuit in TI-papier:" ?
toegevoegd de auteur Christian Berg, de bron
Ik denk dat ik een antwoord heb gevonden in SLOA091 pagina A-9 en A-10.
toegevoegd de auteur Christian Berg, de bron
Het circuit was AC-gekoppeld toen ik sinusinvoer gaf. Ik ben me ervan bewust dat R1 en R2 zijn verwisseld. R2 is verbonden met Vcc/2 zoals ik heb opgemerkt in mijn bewerking. Ik gebruik een volledig circuitmodel met ingangsbiasstromen en dergelijke. Toch zal de uitgang klemlopen als gevolg van een verkeerde DC-bias. DC bias moet Vcc/2 zijn en niet wat 3ish volt.
toegevoegd de auteur Christian Berg, de bron
Het circuit van de TI-app-notitie is verkeerd en zal niet goed werken. Er moet een DC-biaspad zijn vanaf de + terminal van de opamp. Anders kan het zweven naar gelijk welke gelijkspanning en zal de - terminal verplicht zijn om het te volgen.
toegevoegd de auteur Calvin Allen, de bron
Ik geloof dat hij AC inhoud levert, @JeffLangemeier: "Het knipt ook als ik SINE (0 500m 1k) geef als Vin".
toegevoegd de auteur Annan, de bron
Merk op dat R1 en R2 zijn gewisseld van het gegevensbladschema en uw simulatie.
toegevoegd de auteur Annan, de bron
Uit nieuwsgierigheid, waarom gebruik je een DC-voeding voor jou Vin? Het doel van de serie Cap in het TI-cijfer is om DC-bereikruis op de Op Amp uit te filteren, waardoor je SPICE-simulatie in wezen waardeloos wordt voor wat je probeert te bewijzen/weerleggen.
toegevoegd de auteur DevSolar, de bron
@abdullahkahraman Die opmerking ging over de allereerste.
toegevoegd de auteur Kaz, de bron
Je circuit is onjuist. Uw + -invoer heeft geen DC-pad naar een referentiegrond. Dus de biasstroom van die ingang laadt de condensator op, waardoor een spanning ontstaat die wordt versterkt totdat de versterker buiten bereik is.
toegevoegd de auteur Kaz, de bron
Om de simulatie overeen te laten komen met het app-nootcircuit, moet 1. Vin AC-gekoppeld zijn. 2. R2 moet verbinden met Vcc/2, niet met aarde. 3. (Het is niet 100% duidelijk dat je dit doet) je moet een volledig circuitmodel van de op-amp gebruiken, niet een ideaal op-amp-model. # 3 is omdat je wat lekstroom door de ingangen moet hebben om het gelijkstroomniveau op de niet-inverterende ingang in te stellen.
toegevoegd de auteur The Photon, de bron

3 antwoord

Zoals markrages zegt (en zoals je deed in je tweede schema), moet je de niet-inverterende invoer beïnvloeden. Het document zegt dat

"de ingangsimpedantie = R1 || R2 voor minimale fout door ingangsbias"

Dat is hoe het zou moeten zijn, maar ze doen het niet doen! Als je het laat zweven, zal het uitgaan van \ $ GND \ $ of \ $ V_ {CC} \ $, afhankelijk van het ontwerp van de opamp. De 100k \ $ \ Omega \ $ waarde die u gebruikt, is echter niet de juiste. Voor optimale bias moet dit gelijk zijn aan 10k \ $ \ Omega \ $ || 12k \ $ \ Omega \ $ = 5.6k \ $ \ Omega \ $. Dit heeft invloed op de frequentierespons, aangezien uw invoer nu een hoogdoorlaatbaar RC-filter is, met

\ $ F_C = \ dfrac {1} {2 \ cdot \ pi \ cdot R \ cdot C} \ $

Dit is ook het antwoord van je versterker als je een condensator toevoegt in het feedbackpad:

enter image description here

\ $ R \ $ gaat naar \ $ V_ {CC}/2 \ $ in plaats van \ $ GND \ $.

Vanuit DC-gezichtspunt zijn R1 en C1 niet aanwezig, dus de uitgangsbias zal dezelfde zijn als de ingangsinstelling (spanningsvolger). Deze manier van voorspannen heeft de voorkeur boven het verbinden van R1 met \ $ V_ {CC}/2 \ $, omdat u de spanningsdelerweerstanden in aanmerking zou moeten nemen om R1 te berekenen. Dat is tenzij u een "harde" \ $ V_ {CC}/2 \ $ gebruikt met een lage impedantie, zoals van een spanningsregelaar.

Hetzelfde geldt voor R. Als u een spanningsdeler wilt gebruiken, kunt u weerstandswaarden gebruiken die gelijk zijn aan 2 \ $ \ cdot \ $ R, dan kunt u R helemaal elimineren.

vergelijkingen:

\ $ F_C = \ dfrac {1} {2 \ cdot \ pi \ cdot R1 \ cdot C1} = \ dfrac {1} {2 \ cdot \ pi \ cdot R \ cdot C} \ $

5
toegevoegd
@ThePhoton - Ja, ik denk dat je gelijk hebt. Het ding is, ze zeggen het, maar ze doen het niet doen .
toegevoegd de auteur lillq, de bron
"De claim in het document dat de ingangsimpedantie = R1 || R2 eenvoudigweg onwaar is." - Het is slecht geformuleerd, maar ik denk dat ze eigenlijk proberen te zeggen, "je zou dit moeten rijden met een bron met uitgangsimpedantie R1 || R2 om fouten te minimaliseren." Wat overeenkomt met de rest van je uitleg.
toegevoegd de auteur The Photon, de bron

Het is een fout in Figuur 3, niet-inverterende schakeling. De (+) ingang moet worden voorgespannen naar Vcc/2 via een geschikte weerstand.

R1 kan worden vastgemaakt aan Vcc/2 zoals getoond, of AC gekoppeld aan aarde.

2
toegevoegd
@abdullah - -7 is niets. AFAIK het huidige record is -15, voor dit antwoord . Dezelfde gebruiker had ook een ander antwoord gepost dat op -7 stond, maar dat is verwijderd.
toegevoegd de auteur lillq, de bron
@Kaz - De discussie ging over de bias van de niet-inverterende input. Ik dacht dat hij dat meende. Als de niet-inverterende ingang op de juiste manier is voorgespannen, kan de uitgang de inverterende ingang op hetzelfde niveau instellen als er een resistief feedbackpad is, ongeacht andere verbindingen.
toegevoegd de auteur lillq, de bron
Het mag niet AC-gekoppeld zijn met aarde! Het is dat gebrek aan vooroordeel dat de Vcc/2 moet oplossen. BTW, OP weet wat is de fout in figuur 3. Lees de vraag, inclusief de laatste bewerking.
toegevoegd de auteur lillq, de bron
@stevenvh wauw, wat probeert die vent te doen? Ik volg hem en hij lijkt altijd -1s te worden :)
toegevoegd de auteur Christian Berg, de bron
@stevenvh, wauw, bij mijn eerste antwoord kreeg ik -7 alleen omdat ik de OP vertelde zijn mond te gebruiken tijdens het solderen :) Dus, nou, Ted Sims, wees niet gefrustreerd :)
toegevoegd de auteur Christian Berg, de bron
In dit soort circuits moet je Vcc/2 goed worden omzeild, dus als R1 naar Vcc/2 gaat, gaat het ook naar AC-aarde. Als alleen naar AC-aarde gaat, zorgt het DC-pad van uitvoer naar invoer via R2 voor gelijkstroomstabiliteit (eenheidsversterking). Maar dit is anders dan naar Vcc/2 gaan, waar u een specifieke DC-versterking van R1 en R2 hebt.
toegevoegd de auteur Kaz, de bron
@stevenvh Re: het is mogelijk dat [R1] niet AC-gekoppeld is met aarde . Maar in uw eigen antwoord heeft u een diagram waarin R1 gekoppeld is aan wisselstroom.
toegevoegd de auteur Kaz, de bron

Men moet AC-analyse gebruiken om dit circuit goed te onderzoeken. Dit maakt de V CC /2-terminal, de virtuele aarde, een AC-aardingsklem. De AC-overdrachtsfunctie is dus:

$$ V _ {\ tekst {OUT, AC}} = V _ {\ tekst {IN, AC}} \ left (1+ \ frac {R_2} {R_1} \ right) $$

De totale uitgangsspanning bevat DC-offset en wordt vergeleken met de systeemgrond, niet met virtuele aarde, dus is deze 2,5 V DC hoger. Met de weerstanden die u hebt opgegeven, is deze lineair met ingangen van ongeveer -1,1V tot + 1,1V.

0
toegevoegd
Bewerken: er is een typfout in het bovenstaande schema. R2 moet naar Vcc/2 in plaats van GND gaan. Dit stelde dat met de DC-bias de AC-uitgang van het circuit met deze weerstanden is: \ $ Vo = Vin * 2.2-3 \ $
toegevoegd de auteur Christian Berg, de bron
Oeps, ik denk dat mijn vergelijking misschien verkeerd is. Laat mijn opmerking hierboven weg.
toegevoegd de auteur Christian Berg, de bron