Amplificador Operacional No Ideal

Transcripción

1 mplificador Operacional No Ideal Tècniques nalògiques

2 Introducció mplificador Operacional Ideal (Recordatori) v i v i v v v O = ( v v ) Idealitat 1: mb realimentació negativa v = v Idealitat 2: Z i Per tant, i = i = 0

3 Característiques de l mpop real Guany Finit Impedància d entrada Impedància de sortida Tensió d offset d entrada Corrents d entrada Slewrate Resposta freqüencial

4 Guany finit Idealment, un mpop té un guany infinit. Una primera aproximació al mpop no ideal consisteix en considerar un guany finit, i per tant v O = ( v v v ) amb v ra bé, això implica considerar l mpop com un amplificador diferencial ideal, ja que només amplificaría la diferència de les entrades. Realment tendrem amb v O d c v v d ( v v ) c 2 :Guany Diferencial = :Guany en Mode Comú Definim el CMRR (Common Mode Rejection Rate) = d CMRR 10 c = 20log db d c El CMRR caracteritza la qualitat ed l mpop com a amplificador diferencial (CMRR alts bon diferencial) CMRR típics de 90dB a 120dB

5 Guany finit Exemple: mpop amb d finit i c =0, en configuració d amplificador inversor R 1 v v O = = 0 vi v R 1 d ( v = v v v R 2 ) O plicació numèrica: d =10 5 R 1 = 1K = 10K

6 Impedància d entrada Definim dues impedàncies d entrada: Impedància d entrada diferencial És la impedància mesurada entre els dos terminals d entrada quan un d ells es connecta a terra. u741 TL071 (BJT) (FET) R R id id 2MΩ > 10GΩ Impedància d entrada en mode comú És la resistència entre cada una de les entrades i massa. Solen ser molt més grosses que R id, i sovint es consideren infinites. R i R id R i Tot i que sovint es considera una impedància purament resistiva, per altes freqüències esdevenen capacitives

7 Impedància de sortida És la impedància que es veu des de la sortida _ R O u741 R O 70Ω Exemple: mplificador inversor amb mpop de guany finit d =10 4 i R O =100Ω. Determinar R L si volem que la desviació del guany respecte a l ideal sigui < 10% R 1 1K 100K R L

8 Tensió d offset d entrada És la diferència entre v i v tal que fa que v O = 0. Idealment V OFF =0, però per exemple u741 OP27 V V OFF OFF 6mV 30µ V La polaritat de la tensió d offset no es pot preveure. Els valors donats per els fabricants són valors típics. Varia amb la temperatura V OFF v B v V OFF v v B Exemple: Offset a un amplificador inversor R 1 V OFF

9 Tensió d offset d entrada Com podem compensar l efecte de l offset? R 1 V T R T V OFF V CC R R B V T R T RC V CC

10 Corrents d entrada Es diferencien dos tipus: Corrent de polarització I B I B i 2 Depen fortament de la tecnologia de l etapa d entrada de l mpop. Els que s implementen amb transistors bipolars presenten una I B varis ordres de magnitud majors que els que duen transistors FET Corrent d offset I OFF i u741 u n 7n I OFF I I quan v = v = 0 Sovint es dona en valor absolut. u741 u n 6n Notem que I I B OFF I I = 2 = I I I I = = I I B B 1 I 1 2 I 2 OFF OFF v v I OFF I B 2 I B

11 Corrents d entrada Vegem l efecte en un amplificador inversor v I OFF /2 v R 1 I B I B

12 Corrents d entrada Vegem com compensar els corrents d entrada afegint una R R X R 1 fegim R X R 1 R X v I B I OFF /2 v I R B 1

13 Slew rate L slewrate dona idea de la velocitat de resposta de l amplificador operacional Seguidor de tensió Vo real Vi Vo ideal Definim l slewrate com el pendent màxim de la sortida SR = dv dt O max Es sol mesurar en V/µs u741 SR=0.5 V/µs OP327 SR>350 V/µs L amplificador només amplificarà correctament senyals que presentin dv dt max < SR Si Vi = sen ωt dv dt = ωcosωt = ω ω i < max max SR

14 Resposta freqüencial v v v O = ( v v ) Idealment és constant, no depen de la freqüència. ra bé, als mpop reals es té un guany en llaç obert que SI depen de la freqüència db f 0 : freqüència de tall f T : freqüència de transició f 0 f T f De la gràfica es deriva que podem expressar el guany com una funció de transferència amb un pol a f=f 0 i un valor en contínua 0 (aprox = 100dB) ( ω) = amb ω0 = 2πf0 ( f0 ω 1 j ω Hz en el u741) f 0 és la freqüència de tall de l.o. en llaç obert

15 Resposta freqüencial f T és la freqüència de transició, o freqüència de guany 1 (freqüència a la que =0 db) Un circuit amb.o. Presentarà una dependència freqüencial malgrat no hi hagi L s o C s. Exemple: mplificador Inversor R 1

16 Resposta freqüencial ω T 3 v 0 = 10 ω p = = 10 ω T 4 v 0 = 10 ω p = = ω T ω Veim que: v0 ω p v0 ω p