Amplificador diferencial
El amplificador diferencial es un circuito que constituye
parte fundamental de muchos amplificadores y
comparadores y es la etapa clave de la familia lógica ECL.
En este tema se describen y analizan diferentes tipos de
amplificadores diferenciales basados en dispositivos bipolares
y FET. Se abordan técnicas de polarización y
análisis de pequeña señal introduciendo los conceptos en
modo diferencial y modo común que permiten
simplificar el análisis de estos amplificadores. Por último,
se presentan y estudian amplificadores diferenciales
integrados complejos que resultan muy útiles como
introducción a los amplificadores operacionales.
Análisis de un amplificador diferencial básico bipolar
El amplificador diferencial constituye la etapa de entrada
más típica de la mayoría de los amplificadores
operaciones y comparadores, siendo además el elemento
básico de las puertas digitales de la familia lógica ECL.
En la figura 6.1.a aparece la estructura básica de este
amplificador. Uno de sus aspectos más importantes es su
simetría que le confiere unas características muy especiales
de análisis y diseño. Por ello, los transistores Q1 y Q2
deben ser idénticos, aspecto que únicamente se logra
cuando el circuito está fabricado en un chip. Realizar este
amplificador con componentes discretos pierde sus
principales propiedades al romperse esa simetría. A
continuación se realiza un análisis de este amplificador,
primero en continua y luego en alterna donde se
introducen los conceptos de configuración en modo
común y modo diferencial.
Análisis en continua
En el caso de que vi1 y vi2 sean componentes de
pequeña señal, y suponiendo que hFE>>1,
Esta recta se encuentra dibujada en la figura 6.1.b.
La situación del punto de trabajo define los límites de
variación de señal de entrada y el rango de funcionamiento
lineal permisible. La máxima amplitud de salida se
consigue cuando VCEQ=VCC.
Análisis de las configuraciones en modo común y diferencial
La simetría del amplificador diferencial permite simplificar su
análisis convirtiendo las tensiones de entrada en tensiones de
entrada de modo común y modo diferencial. Además, estos
conceptos están en consonancia con las aplicaciones típicas del
amplificador operacional que se suele utilizar para amplificar la
diferencia entre las dos señales de entrada.
La aplicación de los estos conceptos permite transformar el
circuito de la figura 6.1.a en el de la figura 6.2.
Este nuevo circuito presenta unas propiedades de simetría
que facilita su análisis mediante la aplicación del
principio de superposición a las entradas en modo diferencial
y común independientemente.
Amplificador diferencial con carga activa
Las fuentes de corriente pueden ser utilizadas como carga
activa en un amplificador diferencial. El espejo de
corriente es el circuito que mejor se adapta al tener una
resistencia interna no demasiado elevada la cual elimina
problemas de polarización y mantiene una ganancia muy alta.
La figura 6.9.a muestra la estructura de un
amplificador diferencial que tiene una carga activa constituida
por el espejo de corriente formado por los
transistores PNP Q3, Q4 y Q5. Por necesidades de polarización
la intensidad de referencia de este espejo tiene
que ser la mitad de IEE ya que las intensidades de colector de
Q1 y Q4, y Q2 y Q3 deben ser idénticas.
Ejemplo de un amplificador diferencial bipolar complejo
En este apartado se va a realizar una análisis simplificado un
amplificador diferencial completo de la figura
6.10 constituido por varias etapas amplificadoras conectadas
en cascada. Básicamente, es un amplificador
operacional formado por una etapa diferencial de entrada
(Q1,Q2), otra etapa diferencial intermedia (Q7,Q8) y la
etapa de salida en configuración de seguidor de emisor (Q9).
Análisis DC. El análisis en continua de este amplificador se
realiza suponiendo nulas las entradas vi1 y
vi2 y despreciando las corrientes de base.. En la polarización
de las etapas diferenciales se utiliza dos espejos de
corriente, uno basado en transistores NPN (Q3,Q4) y otro en
PNP (Q5,Q6), cuya corriente de referencia se fija a
través de RD.
Análisis de pequeña señal. Al despreciar el parámetro hoe los
espejos de corriente son ideales
resultando que la ganancia en modo común es nula. Ello permite
aplicar los principios de simetría del
amplificador diferencial en modo diferencial, reduciendo el análisis
de este amplificador al circuito mostrado en la
figura 6.11.a. La tensión de salida vo es prácticamente la tensión
del colector de Q8 al ser la ganancia en tensión
de la etapa de salida prácticamente 1 (se trata de una seguidor de emisor).
Además, Q8 tiene como carga la
resistencia RC2 y la impedancia de entrada de Q9.
Amplificadores diferenciales FET
La impedancia de entrada de un amplificador diferencial puede
ser muy alta si se utiliza transistores FET. La
figura 6.13.a presenta un amplificador diferencial básico
basado en los transistores NMOS, M1 y M2, cuya
polarización se realiza a través de una fuente de corriente
de valor ISS con una resistencia interna RSS y la figura
6.13.b muestra el circuito equivalente de pequeña señal.
Al presentar este amplificador las mismas características
de simetría descritas en el amplificador diferencial bipolar
se puede utilizar la conversión a señal modo diferencial
y modo común. Por similitud, en modo diferencial el terminal
fuente de estos transistores se comporta como un
nudo de masa virtual y en modo común la resistencia RSS se
descompone en dos en paralelo.
La ganancia de este amplificador puede mejorarse utilizando
cargas activas. En las figura 6.14 aparece un
amplificador diferencial NMOS con carga activa formado por
los transistores M3 y M4. M3 y M4 tienen la
puerta y el drenador cortocircuitado de forma que en
pequeña señal pueden ser sustituidos por un elemento
resistivo de valor rdl||1/gml (subíndice l de load). Las
expresiones de la Ad y Ac son similares a las descritas en la
ecuación 6.32 sustituyendo la RD por la carga equivalente
rdl||1/gml.
La tecnología CMOS permite realizar también
amplificadores diferenciales con carga activa. El amplificador de
la figura 6.15.a utiliza un espejo de corriente de transistores
PMOS como carga activa y el de la figura 6.15.b otro espejo de
corriente autopolarizado con salida simple que realiza una
conversión salida simple-entrada diferencial.
Los transistores JFET al tener una tecnología
compatible con los BJT pueden ser fabricados
simultáneamente en un circuito integrado. Con ello, se
combina las características de ambos dispositivos como son
su alta impedancia de entrada (JFET) y linealidad y altas
prestaciones (BJT). En la figura 6.16 se muestra un
ejemplo práctico correspondiente a la etapa de entrada del
amplificador operacional TL080 de Texas Instruments que
utiliza PJFET como transistores de entrada de la etapa
diferencial y transistores bipolares para polarización y
amplificación. La etapa de entrada diferencial está
constituida por Q6 y Q7 cuya carga activa lo forma la
fuente de corriente Q1 y Q2; las corrientes de entrada son
del orden de pA. Q4 actúa como amplificador en
configuración seguidor de emisor con objeto de introducir
una carga de muy alto valor a Q7 y servir de etapa de
interfase con la siguiente etapa amplificadora basada en
Q5. Q3 introduce una carga similar a Q4 para mantener la
simetría de la etapa diferencial. Q8, Q9 y Q10 son fuentes
de corriente (Widlar y espejo de corriente respectivamente)
para polarización del circuito. Como es frecuente en los
amplificadores operacionales, factores de disimetría en la
etapa diferencial hace que en ausencia de señal de entrada
la salida no sea nula, en contra de lo que debe suceder en
teoría (offset null). Para corregir este efecto, algunos
amplificadores tienen salidas al exterior que mediante un
potenciómetro variable se corrige el desequilibrio de la
etapa diferencial y se anula este efecto. En la figura se
indica la situación y valor típico del potenciómetro.
http://examenesutn.awardspace.com/examenes/aplicada2/apuntes/Tema6.pdf
Danny Camperos CRF
Get news, entertainment and everything you care about at Live.com. Check it out!
domingo, 21 de marzo de 2010
Diseño de circuitos analógicos de baja tensión y bajo consumo empleando el seguidor de tensión FVF
Diseño de circuitos analógicos de baja
tensión y bajo consumo empleando el
seguidor de tensión FVF
Técnicas para reducir el consumo y la tensión de alimentación en
circuitos analógicos
La estrategia de diseño de los circuitos digitales de bajo consumo y baja tensión se ve
simplificada ya que su consumo es proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación
y a la frecuencia de funcionamiento. Por ello, existen varios grados de libertad a la hora
de satisfacer unos requisitos dados en términos del valor de la tensión de alimentación,
consumo o frecuencia de trabajo [Kan94], [Cha95], San98], [Kuo99], [Roy00], [Kur02].
En contraste con los circuitos digitales, es muy difícil mostrar soluciones generales para
baja tensión y bajo consumo en circuitos analógicos. Esto se debe a que hay muchos tipos
de circuitos analógicos y muchas topologías para realizar cada función analógica.
Además, los circuitos analógicos tienen muchas especificaciones tales como, ancho de
banda, rango dinámico, respuesta en frecuencia, distorsión, precisión, respuesta
transitoria, tiempo de establecimiento, estabilidad y eficiencia. Por tanto, no es fácil
definir qué es "bajo consumo" en circuitos analógicos. El camino más adecuado para
definirlo es establecer un compromiso entre especificaciones contradictorias, como
precisión y respuesta en frecuencia, o ancho de banda y consumo de potencia [Pel99]. A
continuación se esbozan algunas pinceladas sobre técnicas de diseño analógico de bajo
consumo y baja tensión que han sido presentadas en los últimos años.
Bulk-driven MOSFET. Consiste en introducir la señal de entrada por el substrato. Esta
técnica permite eliminar las dificultades introducidas por las relativamente altas tensiones
umbrales. A pesar de que han sido empleadas en algunas aplicaciones [Die91], [Bla98],
[Raj02], este método no ha sido aceptado de forma generalizada debido a algunos
inconvenientes importantes, tales como, más baja transconductancia, mayor ruido, el
latch-up y la necesidad de disponer de dos substratos.
Multiplicadores de tensión. Esta técnica usa circuitos que cambian la tensión de una
parte del circuito a partir de la tensión de alimentación. El factor de conversión es mayor
que la unidad para aplicaciones de baja tensión. Esta técnica ha sido muy utilizada para
asegurar la adecuada operación de los interruptores en circuitos de capacidades
conmutadas [Fav97], [Abo99].
Baterías flotantes (desplazadores de nivel). Este método se utiliza para desplazar el nivel
de continua entre dos nodos en circuitos complejos, reduciendo así los requisitos de la
tensión de alimentación. Usando esta técnica, se pueden obtener circuitos analógicos de
gran ancho de banda y muy baja tensión [Ram99], [Ram00b].
Polarización subumbral. Cuando los transistores trabajan en inversión débil, el consumo
es mínimo debido a las pequeñas corrientes de polarización. Sin embargo, el área de
silicio se incrementa y la respuesta en frecuencia empeora. Para la mayoría de los
circuitos analógicos, el mejor compromiso entre área, consumo y velocidad se consigue
cuando el transistor trabaja en inversión moderada [Xie99], [Yan00].
Transistores MOS de puerta flotante. Este dispositivo es similar a un MOS
convencional, excepto que la tensión de la puerta flotante es controlada por múltiples
entradas a través de capacidades de acoplo. Su principal ventaja es que puede cambiar la
tensión umbral mediante la cantidad de carga estática en la puerta flotante. Esto permite
diseñar circuitos con rango de señal completa, muy baja tensión de alimentación y gran
ancho de banda. Además, reduce la complejidad del circuito, simplifica el procesamiento
de las señales y facilita el mecanismo de control. Tradicionalmente, esta técnica ha sido
empleada en memorias digitales, pero en los últimos años, se ha incrementado el número
de aplicaciones en circuitos analógicos [Rod00], [Jac01], [Muñ01a], [Ram01]. Entre sus
inconvenientes destacan su menor transconductancia, la necesidad de utilizar un proceso
de doble polisilicio y la carga atrapada en la puerta durante el proceso de fabricación.
Switched opamp. Se basa en reemplazar los interruptores críticos a la salida del
amplificador en circuitos de capacidades conmutadas. Esta técnica introduce elementos
adicionales pero el consumo de potencia no se ve afectado, ya que los amplificadores sólo
están activos durante la mitad del periodo; mientras que en los circuitos clásicos de
capacidades conmutadas, los amplificadores siempre están trabajando [Ste93], [Pel99].
Configuración diferencial. Estas topologías son muy deseables en la mayoría de las
aplicaciones debido a su inmunidad a las señales de ruido de modo común, que pueden
proceder de circuitos digitales dentro de un mismo circuito integrado. Además, tienen
mayor rango de señal y mejor distorsión respecto a las señales no diferenciales. Su
principal inconveniente es la necesidad de un circuito de control del modo común para
estabilizar las señales de salida.
Circuitos clase AB. Se caracterizan porque las corrientes de polarización pueden ser
programadas mucho más bajas que los valores máximos que pueden alcanzar. Como estos
circuitos no tienen limitación de slew-rate, pueden mejorar considerablemente el
compromiso entre velocidad y consumo en circuitos analógicos [Ada00], [Giu00b],
[Giu03]. Dentro de este tipo de circuitos, se puede destacar el "seguidor de tensión
rotado" (en inglés, Flipped Voltage Follower,FVF), que constituye una celda básica muy
adecuada para el diseño de circuitos de baja tensión de alimentación y bajo consumo. En
esta Tesis, se analiza en profundidad su topología y las diversas aplicaciones en las que se
ha utilizado.
Procesamiento en modo corriente. Para utilizar estas técnicas se necesitan circuitos que
hagan la conversión entre tensión y corriente, tales como transconductores. Estos
circuitos consiguen un buen comportamiento en frecuencia y un mayor rango dinámico
[Lee91], [Ram92a].
Motivación y objetivos
En los últimos años, el Grupo de Investigación de "Tecnología Electrónica" de la
Universidad de Sevilla, ha desarrollado una línea de investigación en el diseño de
circuitos analógicos de baja tensión y bajo consumo para sistemas de comunicaciones.
Esta Tesis pretende ser una contribución a este campo de investigación. En ella se
proponen nuevos circuitos analógicos usando el "seguidor de tensión rotado o celda FVF"
como una herramienta de diseño de bajo consumo y baja tensión.
El objetivo principal de la Tesis es proponer nuevas estrategias de diseño de baja tensión
y bajo consumo para circuitos analógicos. En este sentido nos marcamos las siguientes
líneas de trabajo:
• Estudiar la celda FVF, debido al potencial que le habíamos observado en
implementaciones precedentes. La versatilidad de su funcionamiento ha
provocado su uso en gran número de aplicaciones de baja tensión y bajo
consumo.
• Desarrollar nuevas celdas analógicas basadas en el FVF, a partir del análisis
realizado a las aplicaciones surgidas en los últimos años, y demostrar sus
prestaciones en aplicaciones, tanto en tiempo continuo como en tiempo discreto.
En todo momento se pretende la reducción del consumo de potencia analizando
las relaciones entre dicha reducción y el funcionamiento general del circuito. En
este sentido, se fijaron las siguientes aplicaciones:
o Diseñar un transconductor lineal, clase AB, de baja tensión de
alimentación y muy bajo consumo, basado en la celda FVF. Dicho
transconductor deberá tener, como características fundamentales, un bajo
consumo de potencia y un gran rango de variabilidad de su
transconductancia. Se aplicará al diseño de filtros Gm-C y osciladores
Gm-C controlados por tensión, con el objetivo de obtener un gran rango
de control de sus principales parámetros y un excelente comportamiento
en alta frecuencia.
o Proponer un buffer, para testado analógico con muy baja capacidad de
entrada y muy bajo consumo, basado en la celda FVF.
o Implementar un modulador sigma-delta usando como bloque de diseño
transconductores clase AB, basados en el FVF, muy útiles para
aplicaciones de capacidades conmutadas de bajo consumo y baja tensión
de alimentación.
o Fabricar circuitos integrados para demostrar que los circuitos y sistemas
diseñados pueden alcanzar un excelente funcionamiento con muy bajo
consumo de potencia.
1.3 Organización de la Tesis
Los contenidos de la Tesis están organizados de la siguiente forma:
El capítulo 2 introduce el "seguidor de tensión rotado o celda FVF" como una estructura
muy adecuada para aplicaciones de baja tensión y bajo consumo. Se analizan distintas
versiones de esta celda: Sensado de corriente (FVFCS), estructura diferencial (DFVF) y
par Pseudo-Diferencial (FVFDP), y algunas de sus aplicaciones realizadas en los últimos
años.
Los capítulos 3 y 4 describen las contribuciones de esta Tesis al diseño analógico en
tiempo continuo y en tiempo discreto, respectivamente.
En el capítulo 3, se propone un nuevo transconductor clase AB lineal y basado en el
FVFDP. Como todas las estructuras diferenciales, el transconductor necesita un circuito
de control de modo común para estabilizar las tensiones de salida. Sin embargo, debido a
su topología pseudo-diferencial, requiere un circuito adicional para controlar las
corrientes de modo común. La transconductancia puede ser ajustada en un amplio rango
de más de dos décadas a través de dos tensiones de control. Con objeto de mostrar sus
excelentes prestaciones, el transconductor ha sido utilizado en dos aplicaciones: la
primera, en el diseño de un filtro paso banda Gm-C con frecuencia central 10.7MHz.
Tanto la frecuencia central como el factor de calidad pueden ser controlados en un amplio
rango sin sufrir un apreciable incremento en el consumo de potencia. El rango del
consumo estático del filtro es 1.18mW – 1.8mW con una tensión de alimentación de 2V.
La segunda aplicación es el diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) donde
su frecuencia de oscilación puede ser controlada entre 1MHz y 22.8MHz. Con objeto de
comprobar el máximo comportamiento en frecuencia del transconductor clase AB, se
presenta también un VCO de alta frecuencia, con un rango de oscilación entre 2.6MHz y
70MHz. El capítulo termina con la presentación de un nuevo buffer clase AB para
aplicaciones de testado analógico o monitorización de señal con muy baja capacidad de
entrada y muy bajo consumo. Todos los circuitos han sido fabricados en tecnología
CMOS de 0.8μm de AMS, dentro de un mismo chip.
El capítulo 4 describe dos nuevos amplificadores operacionales de transconductancia para
aplicaciones de capacidades conmutadas. Para mostrar sus prestaciones, estos circuitos se
han empleado como integradores en un modulador sigma-delta de baja tensión y muy
bajo consumo. El sistema trabaja con una tensión de alimentación de 1.3V y consume
40μW. En simulación se consigue un rango dinámico de 86dB para un ancho de banda de
señal de 8kHz. El circuito ha sido fabricado en tecnología CMOS de 0.6μm de AMS.
http://www.google.co.ve/#hl=es&lr=lang_es&q=Fully+Differential+Operational+Amplifiers&start=110&sa=N&fp=991b8aa6cfee90
Danny Camperos CRF
Invite your mail contacts to join your friends list with Windows Live Spaces. It's easy! Try it!
tensión y bajo consumo empleando el
seguidor de tensión FVF
Técnicas para reducir el consumo y la tensión de alimentación en
circuitos analógicos
La estrategia de diseño de los circuitos digitales de bajo consumo y baja tensión se ve
simplificada ya que su consumo es proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación
y a la frecuencia de funcionamiento. Por ello, existen varios grados de libertad a la hora
de satisfacer unos requisitos dados en términos del valor de la tensión de alimentación,
consumo o frecuencia de trabajo [Kan94], [Cha95], San98], [Kuo99], [Roy00], [Kur02].
En contraste con los circuitos digitales, es muy difícil mostrar soluciones generales para
baja tensión y bajo consumo en circuitos analógicos. Esto se debe a que hay muchos tipos
de circuitos analógicos y muchas topologías para realizar cada función analógica.
Además, los circuitos analógicos tienen muchas especificaciones tales como, ancho de
banda, rango dinámico, respuesta en frecuencia, distorsión, precisión, respuesta
transitoria, tiempo de establecimiento, estabilidad y eficiencia. Por tanto, no es fácil
definir qué es "bajo consumo" en circuitos analógicos. El camino más adecuado para
definirlo es establecer un compromiso entre especificaciones contradictorias, como
precisión y respuesta en frecuencia, o ancho de banda y consumo de potencia [Pel99]. A
continuación se esbozan algunas pinceladas sobre técnicas de diseño analógico de bajo
consumo y baja tensión que han sido presentadas en los últimos años.
Bulk-driven MOSFET. Consiste en introducir la señal de entrada por el substrato. Esta
técnica permite eliminar las dificultades introducidas por las relativamente altas tensiones
umbrales. A pesar de que han sido empleadas en algunas aplicaciones [Die91], [Bla98],
[Raj02], este método no ha sido aceptado de forma generalizada debido a algunos
inconvenientes importantes, tales como, más baja transconductancia, mayor ruido, el
latch-up y la necesidad de disponer de dos substratos.
Multiplicadores de tensión. Esta técnica usa circuitos que cambian la tensión de una
parte del circuito a partir de la tensión de alimentación. El factor de conversión es mayor
que la unidad para aplicaciones de baja tensión. Esta técnica ha sido muy utilizada para
asegurar la adecuada operación de los interruptores en circuitos de capacidades
conmutadas [Fav97], [Abo99].
Baterías flotantes (desplazadores de nivel). Este método se utiliza para desplazar el nivel
de continua entre dos nodos en circuitos complejos, reduciendo así los requisitos de la
tensión de alimentación. Usando esta técnica, se pueden obtener circuitos analógicos de
gran ancho de banda y muy baja tensión [Ram99], [Ram00b].
Polarización subumbral. Cuando los transistores trabajan en inversión débil, el consumo
es mínimo debido a las pequeñas corrientes de polarización. Sin embargo, el área de
silicio se incrementa y la respuesta en frecuencia empeora. Para la mayoría de los
circuitos analógicos, el mejor compromiso entre área, consumo y velocidad se consigue
cuando el transistor trabaja en inversión moderada [Xie99], [Yan00].
Transistores MOS de puerta flotante. Este dispositivo es similar a un MOS
convencional, excepto que la tensión de la puerta flotante es controlada por múltiples
entradas a través de capacidades de acoplo. Su principal ventaja es que puede cambiar la
tensión umbral mediante la cantidad de carga estática en la puerta flotante. Esto permite
diseñar circuitos con rango de señal completa, muy baja tensión de alimentación y gran
ancho de banda. Además, reduce la complejidad del circuito, simplifica el procesamiento
de las señales y facilita el mecanismo de control. Tradicionalmente, esta técnica ha sido
empleada en memorias digitales, pero en los últimos años, se ha incrementado el número
de aplicaciones en circuitos analógicos [Rod00], [Jac01], [Muñ01a], [Ram01]. Entre sus
inconvenientes destacan su menor transconductancia, la necesidad de utilizar un proceso
de doble polisilicio y la carga atrapada en la puerta durante el proceso de fabricación.
Switched opamp. Se basa en reemplazar los interruptores críticos a la salida del
amplificador en circuitos de capacidades conmutadas. Esta técnica introduce elementos
adicionales pero el consumo de potencia no se ve afectado, ya que los amplificadores sólo
están activos durante la mitad del periodo; mientras que en los circuitos clásicos de
capacidades conmutadas, los amplificadores siempre están trabajando [Ste93], [Pel99].
Configuración diferencial. Estas topologías son muy deseables en la mayoría de las
aplicaciones debido a su inmunidad a las señales de ruido de modo común, que pueden
proceder de circuitos digitales dentro de un mismo circuito integrado. Además, tienen
mayor rango de señal y mejor distorsión respecto a las señales no diferenciales. Su
principal inconveniente es la necesidad de un circuito de control del modo común para
estabilizar las señales de salida.
Circuitos clase AB. Se caracterizan porque las corrientes de polarización pueden ser
programadas mucho más bajas que los valores máximos que pueden alcanzar. Como estos
circuitos no tienen limitación de slew-rate, pueden mejorar considerablemente el
compromiso entre velocidad y consumo en circuitos analógicos [Ada00], [Giu00b],
[Giu03]. Dentro de este tipo de circuitos, se puede destacar el "seguidor de tensión
rotado" (en inglés, Flipped Voltage Follower,FVF), que constituye una celda básica muy
adecuada para el diseño de circuitos de baja tensión de alimentación y bajo consumo. En
esta Tesis, se analiza en profundidad su topología y las diversas aplicaciones en las que se
ha utilizado.
Procesamiento en modo corriente. Para utilizar estas técnicas se necesitan circuitos que
hagan la conversión entre tensión y corriente, tales como transconductores. Estos
circuitos consiguen un buen comportamiento en frecuencia y un mayor rango dinámico
[Lee91], [Ram92a].
Motivación y objetivos
En los últimos años, el Grupo de Investigación de "Tecnología Electrónica" de la
Universidad de Sevilla, ha desarrollado una línea de investigación en el diseño de
circuitos analógicos de baja tensión y bajo consumo para sistemas de comunicaciones.
Esta Tesis pretende ser una contribución a este campo de investigación. En ella se
proponen nuevos circuitos analógicos usando el "seguidor de tensión rotado o celda FVF"
como una herramienta de diseño de bajo consumo y baja tensión.
El objetivo principal de la Tesis es proponer nuevas estrategias de diseño de baja tensión
y bajo consumo para circuitos analógicos. En este sentido nos marcamos las siguientes
líneas de trabajo:
• Estudiar la celda FVF, debido al potencial que le habíamos observado en
implementaciones precedentes. La versatilidad de su funcionamiento ha
provocado su uso en gran número de aplicaciones de baja tensión y bajo
consumo.
• Desarrollar nuevas celdas analógicas basadas en el FVF, a partir del análisis
realizado a las aplicaciones surgidas en los últimos años, y demostrar sus
prestaciones en aplicaciones, tanto en tiempo continuo como en tiempo discreto.
En todo momento se pretende la reducción del consumo de potencia analizando
las relaciones entre dicha reducción y el funcionamiento general del circuito. En
este sentido, se fijaron las siguientes aplicaciones:
o Diseñar un transconductor lineal, clase AB, de baja tensión de
alimentación y muy bajo consumo, basado en la celda FVF. Dicho
transconductor deberá tener, como características fundamentales, un bajo
consumo de potencia y un gran rango de variabilidad de su
transconductancia. Se aplicará al diseño de filtros Gm-C y osciladores
Gm-C controlados por tensión, con el objetivo de obtener un gran rango
de control de sus principales parámetros y un excelente comportamiento
en alta frecuencia.
o Proponer un buffer, para testado analógico con muy baja capacidad de
entrada y muy bajo consumo, basado en la celda FVF.
o Implementar un modulador sigma-delta usando como bloque de diseño
transconductores clase AB, basados en el FVF, muy útiles para
aplicaciones de capacidades conmutadas de bajo consumo y baja tensión
de alimentación.
o Fabricar circuitos integrados para demostrar que los circuitos y sistemas
diseñados pueden alcanzar un excelente funcionamiento con muy bajo
consumo de potencia.
1.3 Organización de la Tesis
Los contenidos de la Tesis están organizados de la siguiente forma:
El capítulo 2 introduce el "seguidor de tensión rotado o celda FVF" como una estructura
muy adecuada para aplicaciones de baja tensión y bajo consumo. Se analizan distintas
versiones de esta celda: Sensado de corriente (FVFCS), estructura diferencial (DFVF) y
par Pseudo-Diferencial (FVFDP), y algunas de sus aplicaciones realizadas en los últimos
años.
Los capítulos 3 y 4 describen las contribuciones de esta Tesis al diseño analógico en
tiempo continuo y en tiempo discreto, respectivamente.
En el capítulo 3, se propone un nuevo transconductor clase AB lineal y basado en el
FVFDP. Como todas las estructuras diferenciales, el transconductor necesita un circuito
de control de modo común para estabilizar las tensiones de salida. Sin embargo, debido a
su topología pseudo-diferencial, requiere un circuito adicional para controlar las
corrientes de modo común. La transconductancia puede ser ajustada en un amplio rango
de más de dos décadas a través de dos tensiones de control. Con objeto de mostrar sus
excelentes prestaciones, el transconductor ha sido utilizado en dos aplicaciones: la
primera, en el diseño de un filtro paso banda Gm-C con frecuencia central 10.7MHz.
Tanto la frecuencia central como el factor de calidad pueden ser controlados en un amplio
rango sin sufrir un apreciable incremento en el consumo de potencia. El rango del
consumo estático del filtro es 1.18mW – 1.8mW con una tensión de alimentación de 2V.
La segunda aplicación es el diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) donde
su frecuencia de oscilación puede ser controlada entre 1MHz y 22.8MHz. Con objeto de
comprobar el máximo comportamiento en frecuencia del transconductor clase AB, se
presenta también un VCO de alta frecuencia, con un rango de oscilación entre 2.6MHz y
70MHz. El capítulo termina con la presentación de un nuevo buffer clase AB para
aplicaciones de testado analógico o monitorización de señal con muy baja capacidad de
entrada y muy bajo consumo. Todos los circuitos han sido fabricados en tecnología
CMOS de 0.8μm de AMS, dentro de un mismo chip.
El capítulo 4 describe dos nuevos amplificadores operacionales de transconductancia para
aplicaciones de capacidades conmutadas. Para mostrar sus prestaciones, estos circuitos se
han empleado como integradores en un modulador sigma-delta de baja tensión y muy
bajo consumo. El sistema trabaja con una tensión de alimentación de 1.3V y consume
40μW. En simulación se consigue un rango dinámico de 86dB para un ancho de banda de
señal de 8kHz. El circuito ha sido fabricado en tecnología CMOS de 0.6μm de AMS.
http://www.google.co.ve/#hl=es&lr=lang_es&q=Fully+Differential+Operational+Amplifiers&start=110&sa=N&fp=991b8aa6cfee90
Danny Camperos CRF
Invite your mail contacts to join your friends list with Windows Live Spaces. It's easy! Try it!
TOPOLOG IA CONVERTIDORA PARA FUENTE PULSADA DE ALTAS PRESTACIONES
TOPOLOG IA CONVERTIDORA
PARA FUENTE PULSADA DE ALTAS
PRESTACIONES
En el cap tulo anterior se determin o que la estructura semi-puente no permite
la generaci on de pulsos de alta corriente y precisi on con tensiones elevadas en la
carga debido a las limitaciones tecnol ogicas de los dispositivos semiconductores.
Adem as se estableci o que las estructuras multinivel asim etricas, si bien presentan
algunas ventajas respecto de la estructura semi-puente, tampoco son factibles de
implementar debido a la elevada frecuencia de conmutaci on necesaria en el
attop.
Bas andose en estos conceptos, se determin o que es necesario desarrollar una
nueva estructura convertidora para estas aplicaciones.
A los efectos de desarrollar una topolog a alternativa para estas fuentes se
analizan las formas de onda de tensi on y corriente requeridas en la carga, ( gura
2.1).
Se puede observar que existen tres etapas diferentes en la generaci on del pulso:
tiempo de ascenso,
at-top y tiempo de descenso. En cada una de estas etapas se
pueden caracterizar diferentes niveles de exigencia sobre las llaves. En los tiempos
de ascenso y descenso se opera simult aneamente con m axima tensi on y corriente
de carga, a una baja velocidad de conmutaci on. En el
at-top por el contrario
se debe manejar una baja tensi on, una alta corriente y una elevada velocidad de
conmutaci on.
A partir de estas consideraciones se propone una nueva estructura topol ogica
basada en la conexi on de dos convertidores que operan en etapas distintas de la
generaci on del pulso. La gura 2.2 muestra esta estructura.
Los dos convertidores operan a diferentes tensiones. El convertidor semipuente
de alta tensi on y alta corriente es utilizado en los
ancos de ascenso y
descenso de la corriente de carga, por lo tanto la operaci on de los dispositivos
(S1, S2, D1 y D2) s olo se efect ua al inicio y nal del pulso. Debido a que en
general la repetici on del pulso es lenta (del orden del segundo) la implementaci on
de esta estructura es posible con la tecnolog a de dispositivos existentes. Este
convertidor permite adem as recuperar la energ a de la carga al nal del pulso a
trav es de D1 y D2.
La otra etapa est a formada por un convertidor de baja tensi on y alta corriente,
denominado convertidor de entrada, el cual proporciona la corriente a la carga
durante el
at-top. La tensi on de entrada de este convertidor debe ser superior
a la m axima tensi on en el
at-top, la cual esta dada por la ca da de tensi on en
la componente resistiva de la carga. En fuentes pulsadas de alta corriente esta
tensi on no supera las centenas de voltios, por lo tanto los dispositivos semiconductores
requeridos en esta etapa pueden operar a mayor velocidad que los utilizados
en el puente de alta tensi on.
La conexi on del convertidor de entrada con la carga se realiza a trav es de
un capacitor C, que denominaremos de acoplamiento, el cual es necesario para
respetar las reglas de conexi on de fuentes [25]. De esta forma se evitan las sobretensiones
destructivas sobre los dispositivos semiconductores debidas a posibles
diferencias de corriente durante la conexi on de las etapas.
La corriente del convertidor de entrada, I1, se trans ere a la carga por medio
del control del estado de las llaves S1 y S3. La transferencia s olo es posible con S1
y S3 en OFF. La llave S3 se utiliza para permitir que la corriente del convertidor
de baja tensi on circule por tierra durante el tiempo en que la fuente se encuentra
operando fuera del
at-top. El diodo D4 se utiliza para evitar que el capacitor
C se ponga en cortocircuito cuando S3 se encuentra en ON y el diodo D5 se
utiliza para bloquear la tensi on entre el puente de alta tensi on y el convertidor
de entrada.
La estructura propuesta al igual que la topolog a multinivel h brida (presentada
en el Cap tulo 1) busca reducir la tensi on de operaci on en el
at-top con el
n de utilizar dispositivos de mayor velocidad que permitan controlar la corriente
dentro de los l mites de precisi on requeridos. Sin embargo, esta nueva estructura
tiene la ventaja de proporcionar un ltrado de la corriente de carga por medio
del circuito RLC que forman el capacitor de acoplamiento y la carga. Esta caracter
stica reduce las exigencias de conmutaci on necesarias en los dispositivos del
convertidor de entrada para obtener la precisi on deseada.
El empleo de un s olo convertidor de entrada hace que los dispositivos utilizados
en esta etapa tengan que manejar la m axima corriente de la carga. Esto
determina que la velocidad de conmutaci on del convertidor est e muy limitada
y que el ltro de salida deba ser ajustado a una frecuencia de corte baja. En
fuentes pulsadas de corta duraci on de
at-top la utilizaci on de un ltro de muy
baja frecuencia de corte puede no ser posible debido al elevado tiempo transitorio
requerido durante el acoplamiento. Por esta raz on resulta necesario el desarrollo
de una nueva soluci on, la cual se muestra en la gura 2.3.
En este caso se sustituye al convertidor de entrada por un arreglo de N convertidores
en paralelo que operan como generadores de corriente independientes.
Estos generadores no necesitan ser id enticos con lo cual es posible asignarles distintas
corrientes y frecuencias de conmutaci on a n de otorgarles funciones diferentes.
Es decir, un grupo de convertidores puede ser utilizado para proporcionar
el valor medio de la corriente de
at-top, con baja precisi on y otro convertidor
puede ser utilizado para obtener la precisi on deseada. Esta estructura ofrece mayores
posibilidades de control que la basada en un s olo convertidor de entrada,
por lo tanto el desarrollo de la nueva fuente pulsada se realiza a partir de esta
estructura.
Topolog a Propuesta
Los convertidores de la gura 2.3 tienen que controlar corrientes unidireccionales
de salida a partir de tensiones continuas de entrada, las cuales pueden ser o
no
otantes. Aplicando la t ecnica de s ntesis de convertidores est aticos (descrita
en el Ap endice A) se obtiene la estructura convertidora mostrada en la gura 2.4
Es posible agrupar N etapas de convertidores iguales a las de la gura 2.4
con una unica fuentes de entrada para formar lo que se conoce como convertidor
polif asico CC/CC. Este convertidor es muy utilizado en fuentes de alimentaci on
que requieren una alta corriente y baja tensi on.
El empleo de esta estructura en fuentes pulsadas permite distribuir la alta
corriente de
at-top entre las diferentes fases de forma tal de reducir el stress
t ermico de las llaves semiconductoras y posibilitar la utilizaci on de dispositivos
m as veloces. La gura 2.5 muestra la estructura de un convertidor polif asico.
El hecho de generar el valor medio de corriente por intermedio de varios generadores
independientes permite adem as, mediante una apropiado desfasaje de
los ripples, reducir el ripple de la corriente de salida sin necesidad de aumentar la
frecuencia de conmutaci on [16]. Esta t ecnica se conoce como control de corriente
por interleaved. La gura 2.6 muestra el caso ideal de desfasaje entre los ripples
de corrientes de cada rama, donde la suma de los mismos es cero.
La condici on ideal de cancelaci on de ripples de corriente es v alida solo para
ciertas relaciones de tensi on entrada-salida y para sistemas perfectamente balanceados.
La cantidad de condiciones de cancelaci on depende del n umero de fases
del sistema. La gura 2.7 muestra la amplitud pico a pico del ripple de corriente
de salida normalizada en funci on del ciclo de trabajo y del n umero de fases para
un sistema perfectamente balanceado. La normalizaci on se obtiene dividiendo el
ripple de la corriente total por el ripple de una de las fases.
En esta gura se puede observar que la atenuaci on del ripple para un sistema
de dos fases var a signi cativamente fuera de la condici on ideal de cancelaci on
(D = 0;5). En el caso de un convertidor de tres fases existe un rango de operaci on
m as amplio (0;25 < D < 0;75) dentro del cual la atenuaci on es superior al 30 %.
En un sistema de seis fases el aumento en la atenuaci on no es importante; sin
embargo se obtiene un mayor rango de operaci on con atenuaci on (0;1 < D < 0;9).
La reducci on del ripple de salida no depende s olo de la cancelaci on generada por
el desfasaje de los ripples sino que adem as se ve favorecida por el incremento de la
frecuencia del ripple total debido al ltrado de la carga. En este sentido se puede
ver que la utilizaci on de un convertidor polif asico controlado por interleaved es
una soluci on muy atractiva ya que permite disminuir las exigencias operacionales
de los dispositivos semiconductores y reducir el ltro de salida. La gura 2.8
muestra la topolog a propuesta con un convertidor polif asico de tres fases.
http://cdsweb.cern.ch/record/1228088/files/CERN-THESIS-2009-132.pdf
Danny Camperos CRF
Invite your mail contacts to join your friends list with Windows Live Spaces. It's easy! Try it!
PARA FUENTE PULSADA DE ALTAS
PRESTACIONES
En el cap tulo anterior se determin o que la estructura semi-puente no permite
la generaci on de pulsos de alta corriente y precisi on con tensiones elevadas en la
carga debido a las limitaciones tecnol ogicas de los dispositivos semiconductores.
Adem as se estableci o que las estructuras multinivel asim etricas, si bien presentan
algunas ventajas respecto de la estructura semi-puente, tampoco son factibles de
implementar debido a la elevada frecuencia de conmutaci on necesaria en el
attop.
Bas andose en estos conceptos, se determin o que es necesario desarrollar una
nueva estructura convertidora para estas aplicaciones.
A los efectos de desarrollar una topolog a alternativa para estas fuentes se
analizan las formas de onda de tensi on y corriente requeridas en la carga, ( gura
2.1).
Se puede observar que existen tres etapas diferentes en la generaci on del pulso:
tiempo de ascenso,
at-top y tiempo de descenso. En cada una de estas etapas se
pueden caracterizar diferentes niveles de exigencia sobre las llaves. En los tiempos
de ascenso y descenso se opera simult aneamente con m axima tensi on y corriente
de carga, a una baja velocidad de conmutaci on. En el
at-top por el contrario
se debe manejar una baja tensi on, una alta corriente y una elevada velocidad de
conmutaci on.
A partir de estas consideraciones se propone una nueva estructura topol ogica
basada en la conexi on de dos convertidores que operan en etapas distintas de la
generaci on del pulso. La gura 2.2 muestra esta estructura.
Los dos convertidores operan a diferentes tensiones. El convertidor semipuente
de alta tensi on y alta corriente es utilizado en los
ancos de ascenso y
descenso de la corriente de carga, por lo tanto la operaci on de los dispositivos
(S1, S2, D1 y D2) s olo se efect ua al inicio y nal del pulso. Debido a que en
general la repetici on del pulso es lenta (del orden del segundo) la implementaci on
de esta estructura es posible con la tecnolog a de dispositivos existentes. Este
convertidor permite adem as recuperar la energ a de la carga al nal del pulso a
trav es de D1 y D2.
La otra etapa est a formada por un convertidor de baja tensi on y alta corriente,
denominado convertidor de entrada, el cual proporciona la corriente a la carga
durante el
at-top. La tensi on de entrada de este convertidor debe ser superior
a la m axima tensi on en el
at-top, la cual esta dada por la ca da de tensi on en
la componente resistiva de la carga. En fuentes pulsadas de alta corriente esta
tensi on no supera las centenas de voltios, por lo tanto los dispositivos semiconductores
requeridos en esta etapa pueden operar a mayor velocidad que los utilizados
en el puente de alta tensi on.
La conexi on del convertidor de entrada con la carga se realiza a trav es de
un capacitor C, que denominaremos de acoplamiento, el cual es necesario para
respetar las reglas de conexi on de fuentes [25]. De esta forma se evitan las sobretensiones
destructivas sobre los dispositivos semiconductores debidas a posibles
diferencias de corriente durante la conexi on de las etapas.
La corriente del convertidor de entrada, I1, se trans ere a la carga por medio
del control del estado de las llaves S1 y S3. La transferencia s olo es posible con S1
y S3 en OFF. La llave S3 se utiliza para permitir que la corriente del convertidor
de baja tensi on circule por tierra durante el tiempo en que la fuente se encuentra
operando fuera del
at-top. El diodo D4 se utiliza para evitar que el capacitor
C se ponga en cortocircuito cuando S3 se encuentra en ON y el diodo D5 se
utiliza para bloquear la tensi on entre el puente de alta tensi on y el convertidor
de entrada.
La estructura propuesta al igual que la topolog a multinivel h brida (presentada
en el Cap tulo 1) busca reducir la tensi on de operaci on en el
at-top con el
n de utilizar dispositivos de mayor velocidad que permitan controlar la corriente
dentro de los l mites de precisi on requeridos. Sin embargo, esta nueva estructura
tiene la ventaja de proporcionar un ltrado de la corriente de carga por medio
del circuito RLC que forman el capacitor de acoplamiento y la carga. Esta caracter
stica reduce las exigencias de conmutaci on necesarias en los dispositivos del
convertidor de entrada para obtener la precisi on deseada.
El empleo de un s olo convertidor de entrada hace que los dispositivos utilizados
en esta etapa tengan que manejar la m axima corriente de la carga. Esto
determina que la velocidad de conmutaci on del convertidor est e muy limitada
y que el ltro de salida deba ser ajustado a una frecuencia de corte baja. En
fuentes pulsadas de corta duraci on de
at-top la utilizaci on de un ltro de muy
baja frecuencia de corte puede no ser posible debido al elevado tiempo transitorio
requerido durante el acoplamiento. Por esta raz on resulta necesario el desarrollo
de una nueva soluci on, la cual se muestra en la gura 2.3.
En este caso se sustituye al convertidor de entrada por un arreglo de N convertidores
en paralelo que operan como generadores de corriente independientes.
Estos generadores no necesitan ser id enticos con lo cual es posible asignarles distintas
corrientes y frecuencias de conmutaci on a n de otorgarles funciones diferentes.
Es decir, un grupo de convertidores puede ser utilizado para proporcionar
el valor medio de la corriente de
at-top, con baja precisi on y otro convertidor
puede ser utilizado para obtener la precisi on deseada. Esta estructura ofrece mayores
posibilidades de control que la basada en un s olo convertidor de entrada,
por lo tanto el desarrollo de la nueva fuente pulsada se realiza a partir de esta
estructura.
Topolog a Propuesta
Los convertidores de la gura 2.3 tienen que controlar corrientes unidireccionales
de salida a partir de tensiones continuas de entrada, las cuales pueden ser o
no
otantes. Aplicando la t ecnica de s ntesis de convertidores est aticos (descrita
en el Ap endice A) se obtiene la estructura convertidora mostrada en la gura 2.4
Es posible agrupar N etapas de convertidores iguales a las de la gura 2.4
con una unica fuentes de entrada para formar lo que se conoce como convertidor
polif asico CC/CC. Este convertidor es muy utilizado en fuentes de alimentaci on
que requieren una alta corriente y baja tensi on.
El empleo de esta estructura en fuentes pulsadas permite distribuir la alta
corriente de
at-top entre las diferentes fases de forma tal de reducir el stress
t ermico de las llaves semiconductoras y posibilitar la utilizaci on de dispositivos
m as veloces. La gura 2.5 muestra la estructura de un convertidor polif asico.
El hecho de generar el valor medio de corriente por intermedio de varios generadores
independientes permite adem as, mediante una apropiado desfasaje de
los ripples, reducir el ripple de la corriente de salida sin necesidad de aumentar la
frecuencia de conmutaci on [16]. Esta t ecnica se conoce como control de corriente
por interleaved. La gura 2.6 muestra el caso ideal de desfasaje entre los ripples
de corrientes de cada rama, donde la suma de los mismos es cero.
La condici on ideal de cancelaci on de ripples de corriente es v alida solo para
ciertas relaciones de tensi on entrada-salida y para sistemas perfectamente balanceados.
La cantidad de condiciones de cancelaci on depende del n umero de fases
del sistema. La gura 2.7 muestra la amplitud pico a pico del ripple de corriente
de salida normalizada en funci on del ciclo de trabajo y del n umero de fases para
un sistema perfectamente balanceado. La normalizaci on se obtiene dividiendo el
ripple de la corriente total por el ripple de una de las fases.
En esta gura se puede observar que la atenuaci on del ripple para un sistema
de dos fases var a signi cativamente fuera de la condici on ideal de cancelaci on
(D = 0;5). En el caso de un convertidor de tres fases existe un rango de operaci on
m as amplio (0;25 < D < 0;75) dentro del cual la atenuaci on es superior al 30 %.
En un sistema de seis fases el aumento en la atenuaci on no es importante; sin
embargo se obtiene un mayor rango de operaci on con atenuaci on (0;1 < D < 0;9).
La reducci on del ripple de salida no depende s olo de la cancelaci on generada por
el desfasaje de los ripples sino que adem as se ve favorecida por el incremento de la
frecuencia del ripple total debido al ltrado de la carga. En este sentido se puede
ver que la utilizaci on de un convertidor polif asico controlado por interleaved es
una soluci on muy atractiva ya que permite disminuir las exigencias operacionales
de los dispositivos semiconductores y reducir el ltro de salida. La gura 2.8
muestra la topolog a propuesta con un convertidor polif asico de tres fases.
http://cdsweb.cern.ch/record/1228088/files/CERN-THESIS-2009-132.pdf
Danny Camperos CRF
Invite your mail contacts to join your friends list with Windows Live Spaces. It's easy! Try it!
Aplicaciones Caracteristicas de los Amplificadores Diferenciales
what allows us to create all these practical circuits, being able to precisely set gains, rates, and other significant parameters with just a few changes of resistor values. Es lo que nos permite crear todos estos circuitos de prácticas, poder determinar con precisión las ganancias, tarifas y otros parámetros importantes con sólo unos pocos cambios de los valores de resistencia. Negative feedback makes all these circuits stable and self-correcting. La retroalimentación negativa hace que todos estos circuitos estables y auto-corrección.
The basic principle of negative feedback is that the output tends to drive in a direction that creates a condition of equilibrium (balance). El principio básico de la retroalimentación negativa es que la producción tiende a conducir en una dirección que crea un estado de equilibrio (equilibrio). In an op-amp circuit with no feedback, there is no corrective mechanism, and the output voltage will saturate with the tiniest amount of differential voltage applied between the inputs. En un circuito op-amp, sin comentarios, no hay mecanismo de corrección, y la tensión de salida se satura con la más pequeña cantidad de voltaje diferencial que se aplica entre los insumos. The result is a comparator: El resultado es un comparador:
With negative feedback (the output voltage "fed back" somehow to the inverting input), the circuit tends to prevent itself from driving the output to full saturation. Con la retroalimentación negativa (la tensión de salida "retroalimentación" de alguna manera a la entrada inversora), el circuito tiende a impedir que la propia conducción de la salida a la saturación completa. Rather, the output voltage drives only as high or as low as needed to balance the two inputs' voltages: Por el contrario, la tensión de salida sólo las unidades como de alto o tan bajo como sea necesario para equilibrar tensiones de las dos entradas ":
Whether the output is directly fed back to the inverting (-) input or coupled through a set of components, the effect is the same: the extremely high differential voltage gain of the op-amp will be "tamed" and the circuit will respond according to the dictates of the feedback "loop" connecting output to inverting input. Si la salida se alimenta directamente de vuelta a la inversión (-) de entrada o junto a través de un conjunto de componentes, el efecto es el mismo: la muy alta ganancia de tensión diferencial del amplificador será "domesticado" y el circuito responder de acuerdo a los dictados de la retroalimentación "bucle" que conecta la salida a invertir de entrada.
Another type of feedback, namely positive feedback , also finds application in op-amp circuits. Otro tipo devotos, los votos es decir, positivo, también encuentra aplicación en los circuitos op-amp. Unlike negative feedback, where the output voltage is "fed back" to the inverting (-) input, with positive feedback the output voltage is somehow routed back to the noninverting (+) input. A diferencia de la retroalimentación negativa, donde la tensión de salida es "retroalimentación" a la inversión (de entrada -), con la respuesta positiva de la tensión de salida es de alguna manera enviados de nuevo a la no inversora (entrada +). In its simplest form, we could connect a straight piece of wire from output to noninverting input and see what happens: En su forma más simple, se podría conectar un trozo de alambre recto de la salida a la entrada no inversora y ver lo que sucede:
The inverting input remains disconnected from the feedback loop, and is free to receive an external voltage. La entrada inversora se mantiene desconectada de la retroalimentación, y es libre de recibir un voltaje externo.Let's see what happens if we ground the inverting input: Vamos a ver qué pasa si baja la entrada inversora:
With the inverting input grounded (maintained at zero volts), the output voltage will be dictated by the magnitude and polarity of the voltage at the noninverting input. Con la entrada inversora a tierra (mantenido en cero voltios), la tensión de salida será dictado por la magnitud y la polaridad de la tensión en la entrada no inversora. If that voltage happens to be positive, the op-amp will drive its output positive as well, feeding that positive voltage back to the noninverting input, which will result in full positive output saturation. Si el amplificador de voltaje que pasa a ser positivo, la op-impulsará su producción positiva que alimenta la tensión positiva que de nuevo a la entrada no, que dará lugar a la saturación completa de producción positiva. On the other hand, if the voltage on the noninverting input happens to start out negative, the op-amp's output will drive in the negative direction, feeding back to the noninverting input and resulting in full negative saturation.Por otra parte, si el voltaje en la entrada no le sucede a empezar negativa, la op-salida de la etapa la voluntad de conducir en la dirección negativa, la alimentación de nuevo a la entrada no inversora y la consiguiente negativa en la saturación completa.
What we have here is a circuit whose output is bistable : stable in one of two states (saturated positive or saturated negative). Lo que tenemos aquí es un circuito cuya salida es biestable: estable en uno de dos estados (saturadas positivo o negativo saturadas). Once it has reached one of those saturated states, it will tend to remain in that state, unchanging. Una vez que ha alcanzado uno de los estados saturados, se tienden a permanecer en ese estado, sin cambios. What is necessary to get it to switch states is a voltage placed upon the inverting (-) input of the same polarity, but of a slightly greater magnitude. ¿Qué es necesario para conseguir que los Estados es un interruptor de tensión colocada sobre la inversión (de entrada -) de la misma polaridad, sino de una magnitud ligeramente mayor. For example, if our circuit is saturated at an output voltage of +12 volts, it will take an input voltage at the inverting input of at least +12 volts to get the output to change. Por ejemplo, si nuestro circuito está saturado a una tensión de salida de 12 voltios, que tomará una tensión de entrada en la entrada inversora de al menos 12 voltios para obtener la salida al cambio. When it changes, it will saturate fully negative. Cuando se cambia, se saturan totalmente negativo.
So, an op-amp with positive feedback tends to stay in whatever output state its already in. It "latches" between one of two states, saturated positive or saturated negative. Por lo tanto, un amplificador con una retroalimentación positiva tiende a permanecer en cualquier estado de la salida de su ya in It "cerraduras" entre uno de dos estados, saturados positivo o negativo saturados. Technically, this is known as hysteresis .Técnicamente, esto se conoce como histéresis.
Hysteresis can be a useful property for a comparator circuit to have. Histéresis puede ser una característica útil para un circuito comparador de tener. As we've seen before, comparators can be used to produce a square wave from any sort of ramping waveform (sine wave, triangle wave, sawtooth wave, etc.) input. Como hemos visto antes, comparadores se puede utilizar para producir una onda cuadrada de cualquier tipo de forma de onda de rampa (onda sinusoidal, onda triangular, onda de diente de sierra, etc) de entrada. If the incoming AC waveform is noise-free (that is, a "pure" waveform), a simple comparator will work just fine. Si la forma de onda de CA de entrada es libre de ruidos (es decir, un "puro" de forma de onda), una comparación simple funciona muy bien.
However, if there exist any anomalies in the waveform such as harmonics or "spikes" which cause the voltage to rise and fall significantly within the timespan of a single cycle, a comparator's output might switch states unexpectedly: Sin embargo, si existe alguna anomalía en la forma de onda como armónicos o "picos" que causan la tensión a subir y bajar de manera significativa en el intervalo de tiempo de un solo ciclo, la producción de un comparador podría cambiar los estados de forma inesperada:
Any time there is a transition through the reference voltage level, no matter how tiny that transition may be, the output of the comparator will switch states, producing a square wave with "glitches." Toda vez que hay una transición a través del nivel de voltaje de referencia, no importa lo pequeña que la transición puede ser la salida del comparador cambiará los Estados, produciendo una onda cuadrada con "problemas técnicos".
If we add a little positive feedback to the comparator circuit, we will introduce hysteresis into the output. Si añadimos un poco de retroalimentación positiva para el circuito de comparación, vamos a introducir la histéresis en la salida. This hysteresis will cause the output to remain in its current state unless the AC input voltage undergoes a major change in magnitude. Esto hará que la histéresis de la salida a permanecer en su estado actual a menos que el voltaje de entrada AC sufre un cambio importante en magnitud.
What this feedback resistor creates is a dual-reference for the comparator circuit. Lo que esto crea resistencia de realimentación es un doble circuito de referencia para la comparación. The voltage applied to the noninverting (+) input as a reference which to compare with the incoming AC voltage changes depending on the value of the op-amp's output voltage. El voltaje aplicado a la no inversora (+) de entrada como una referencia para comparar con los cambios de voltaje de entrada AC en función del valor de la op-tensión de salida del amplificador. When the op-amp output is saturated positive, the reference voltage at the noninverting input will be more positive than before. Cuando la op-salida de la etapa está saturado positiva, la tensión de referencia en la entrada no será más positivo que antes. Conversely, when the op-amp output is saturated negative, the reference voltage at the noninverting input will be more negative than before. Por el contrario, cuando la op-salida de la etapa está saturado negativa, la tensión de referencia en la entrada no sea más negativo que antes. The result is easier to understand on a graph: El resultado es fácil de entender en un gráfico:
When the op-amp output is saturated positive, the upper reference voltage is in effect, and the output won't drop to a negative saturation level unless the AC input rises above that upper reference level. Cuando el OP-salida de la etapa está saturado positiva, la tensión de referencia superior es, en efecto, y la salida no se reducirá a un nivel de saturación negativa a menos que la entrada de CA se eleva por encima de ese nivel de referencia superior. Conversely, when the op-amp output is saturated negative, the lower reference voltage is in effect, and the output won't rise to a positive saturation level unless the AC input drops below that lower reference level. Por el contrario, cuando la op-salida de la etapa está saturado negativa, la tensión de referencia inferior es, en efecto, y la salida no se elevará a un nivel de saturación positiva a menos que las gotas de entrada AC debajo de ese nivel de referencia inferior. The result is a clean square-wave output again, despite significant amounts of distortion in the AC input signal. El resultado es un cuadrado de limpieza de salida de onda de nuevo, a pesar de cantidades significativas de distorsión en la señal de entrada de CA. In order for a "glitch" to cause the comparator to switch from one state to another, it would have to be at least as big (tall) as the difference between the upper and lower reference voltage levels, and at the right point in time to cross both those levels. A fin de que falla un "" para hacer la comparación de pasar de un estado a otro, tendría que ser al menos tan grande (de altura) como la diferencia entre el alto y niveles más bajos de referencia de tensión, y en el punto exacto en el tiempo para cruzar tanto los niveles.
Another application of positive feedback in op-amp circuits is in the construction of oscillator circuits. Otra aplicación de retroalimentación positiva en los circuitos op-amp es en la construcción de los circuitos del oscilador. An oscillator is a device that produces an alternating (AC), or at least pulsing, output voltage. Unoscilador es un dispositivo que produce una alterna (AC), o al menos pulso, tensión de salida. Technically, it is known as an astable device: having no stable output state (no equilibrium whatsoever). Técnicamente, se conoce como un dispositivo de astable: no tener estado de salida estable (no hay equilibrio alguno).Oscillators are very useful devices, and they are easily made with just an op-amp and a few external components. Los osciladores son muy útiles los dispositivos, y se hace fácilmente con sólo una op-amp y unos pocos componentes externos.
When the output is saturated positive, the V ref will be positive, and the capacitor will charge up in a positive direction. Cuando la salida está saturada positivo, la ref V será positivo, y el condensador se cargará en una dirección positiva. When V ramp exceeds V ref by the tiniest margin, the output will saturate negative, and the capacitor will charge in the opposite direction (polarity). Cuando la rampa V excede ref V por un pequeño margen, la salida se saturará negativo, y el condensador se carga en la dirección opuesta (polaridad).Oscillation occurs because the positive feedback is instantaneous and the negative feedback is delayed (by means of an RC time constant). Oscilación se debe a que la retroalimentación positiva es instantáneo y la retroalimentación negativa se retrasa (por medio de una constante de tiempo RC). The frequency of this oscillator may be adjusted by varying the size of any component. La frecuencia de este oscilador puede ajustarse variando el tamaño de cualquier componente.
Real operational have some imperfections compared to an "ideal" model. Real operativas algunas imperfecciones en comparación con el "ideal" de modelo. A real device deviates from a perfect difference amplifier. Un dispositivo real se desvía de un amplificador de diferencia perfecta. One minus one may not be zero. Uno menos uno no puede ser cero. It may have have an offset like an analog meter which is not zeroed.Es posible que tienen un desplazamiento como un medidor analógico que no es cero. The inputs may draw current. Las entradas pueden llamar la actual. The characteristics may drift with age and temperature. Las características de deriva con la edad y la temperatura. Gain may be reduced at high frequencies, and phase may shift from input to output. Ganancia puede ser reducida a altas frecuencias, y la fase puede pasar de entrada a la salida. These imperfection may cause no noticable errors in some applications, unacceptable errors in others. Estas imperfecciones pueden causar ningún error evidente en algunas aplicaciones, errores inaceptables en otros. In some cases these errors may be compensated for. En algunos casos, estos errores pueden ser compensadas. Sometimes a higher quality, higher cost device is required. A veces una mayor calidad, mayor costo del dispositivo es obligatorio.
Voltage that is common between either of the inputs and ground, as "V common-mode " is in this case, is called common-mode voltage . Tensión que es común entre cualquiera de las entradas y tierra, como "V de modo común" es en este caso, se llama voltaje de modo común. As we vary this common voltage, the perfect differential amplifier's output voltage should hold absolutely steady (no change in output for any arbitrary change in common-mode input). A medida que varía el voltaje común, tensión de salida del amplificador diferencial ideal debe mantener absolutamente estable (sin cambios en la producción de cualquier cambio arbitrario en la entrada de modo común). This translates to a common-mode voltage gain of zero. Esto se traduce en una ganancia en modo común de tensión de cero.
The operational amplifier, being a differential amplifier with high differential gain, would ideally have zero common-mode gain as well. El amplificador operacional, que es un amplificador diferencial con ganancia diferencial de alta, lo ideal sería tener cero ganancia en modo común también. In real life, however, this is not easily attained. En la vida real, sin embargo, esto se logra fácilmente. Thus, common-mode voltages will invariably have some effect on the op-amp's output voltage. Por lo tanto, los voltajes de modo común, siempre tendrá algún efecto en la op-tensión de salida del amplificador.
The performance of a real op-amp in this regard is most commonly measured in terms of its differential voltage gain (how much it amplifies the difference between two input voltages) versus its common-mode voltage gain (how much it amplifies a common-mode voltage). El rendimiento de un op-amp real en este sentido es más comúnmente medido en términos de ganancia de tensión diferencial (cuánto amplifica la diferencia entre dos voltajes de entrada) frente a su común ganancia de voltaje de modo (cuánto una ampliación de un modo común voltaje). The ratio of the former to the latter is called the common-mode rejection ratio , abbreviated as CMRR: La relación de la primera a la segunda se llama el común de relación de rechazo de modo abreviado como CMRR:
An ideal op-amp, with zero common-mode gain would have an infinite CMRR. Un op-amp ideal, con cero ganancia de modo común tendría un CMRR infinito. Real op-amps have high CMRRs, the ubiquitous 741 having something around 70 dB, which works out to a little over 3,000 in terms of a ratio. Amplificadores operacionales reales han CMRRs alto, el ubicuo 741 tener algo en torno a 70 dB, lo que equivalía a un poco más de 3.000 en términos de una relación.
Because the common mode rejection ratio in a typical op-amp is so high, common-mode gain is usually not a great concern in circuits where the op-amp is being used with negative feedback. Debido a que la relación de rechazo de modo común en un típico op-amp es tan alto, ganancia en modo común no suele ser una gran preocupación en los circuitos donde el amplificador se utiliza con un voto negativo. If the common-mode input voltage of an amplifier circuit were to suddenly change, thus producing a corresponding change in the output due to common-mode gain, that change in output would be quickly corrected as negative feedback and differential gain (being much greater than common-mode gain) worked to bring the system back to equilibrium. Si el común de voltaje de entrada de modo de un circuito amplificador iban a cambiar de repente, lo que produce un cambio correspondiente en la salida debido a la ganancia en modo común, que el cambio en la producción se corrige rápidamente como retroalimentación negativa y la ganancia diferencial (es muchomayor que ganancia de modo común) trabajó para que el sistema vuelva al equilibrio. Sure enough, a change might be seen at the output, but it would be a lot smaller than what you might expect. Efectivamente, un cambio puede ser visto en la salida, pero sería mucho menor que lo que cabría esperar.
A consideration to keep in mind, though, is common-mode gain in differential op-amp circuits such as instrumentation amplifiers. Una consideración a tener en cuenta, sin embargo, es común la ganancia en modo diferencial en el op-amp circuitos como amplificadores de instrumentación. Outside of the op-amp's sealed package and extremely high differential gain, we may find common-mode gain introduced by an imbalance of resistor values. Fuera de la op-amp paquete sellado y la ganancia diferencial muy alto, podemos encontrar ganancia en modo común introducido por un desequilibrio de los valores de resistencia. To demonstrate this, we'll run a SPICE analysis on an instrumentation amplifier with inputs shorted together (no differential voltage), imposing a common-mode voltage to see what happens. Para demostrar esto, vamos a realizar un análisis SPICE de un amplificador de instrumentación con las entradas cortocircuito (sin tensión diferencial), se establece un voltaje de modo común para ver qué pasa. First, we'll run the analysis showing the output voltage of a perfectly balanced circuit. En primer lugar, vamos a ejecutar el análisis que muestra el voltaje de salida de un circuito perfectamente equilibrado. We should expect to see no change in output voltage as the common-mode voltage changes: Debemos esperar a ver ningún cambio en el voltaje de salida como el común de los cambios de voltaje en modo:
Aside from very small deviations (actually due to quirks of SPICE rather than real behavior of the circuit), the output remains stable where it should be: at 0 volts, with zero input voltage differential. Aparte de desviaciones muy pequeñas (de hecho, debido a las peculiaridades de SPICE en lugar de comportamiento real del circuito), la producción se mantiene estable en el que se debe: a 0 voltios, con cero de tensión de entrada diferencial.However, let's introduce a resistor imbalance in the circuit, increasing the value of R 5 from 10,000 Ω to 10,500 Ω, and see what happens (the netlist has been omitted for brevity -- the only thing altered is the value of R 5 ): Sin embargo, vamos a introducir un desequilibrio de resistencia en el circuito, aumentando el valor de R 5 de 10.000 a 10.500 Ω Ω, y ver qué pasa (la netlist ha sido omitidas para abreviar - la única cosa que alterado es el valor de R 5):
Our input voltage differential is still zero volts, yet the output voltage changes significantly as the common-mode voltage is changed. Nuestro diferencial de tensión de entrada sigue siendo cero voltios, sin embargo, los cambios de voltaje de salida de manera significativa como el voltaje de modo común se cambia. This is indicative of a common-mode gain, something we're trying to avoid. Esto es indicativo de una ganancia de modo común, algo que estamos tratando de evitar. More than that, its a common-mode gain of our own making, having nothing to do with imperfections in the op-amps themselves. Más que eso, es un ganancia en modo común de nuestra propia fabricación, que no tiene nada que ver con las imperfecciones de los amplificadores a sí mismos. With a much-tempered differential gain (actually equal to 3 in this particular circuit) and no negative feedback outside the circuit, this common-mode gain will go unchecked in an instrument signal application. Con un aumento muy moderado diferencial (en realidad, igual a 3 en este circuito en particular) y no de votos negativos fuera del circuito, esta ganancia en modo común será sin control en una aplicación de la señal del instrumento.
There is only one way to correct this common-mode gain, and that is to balance all the resistor values. Sólo hay una forma de corregir esta ganancia en modo común, y que consiste en equilibrar los valores de resistencia. When designing an instrumentation amplifier from discrete components (rather than purchasing one in an integrated package), it is wise to provide some means of making fine adjustments to at least one of the four resistors connected to the final op-amp to be able to "trim away" any such common-mode gain. En el diseño de un amplificador de instrumentación de componentes discretos (en lugar de comprar uno en un paquete integrado), es aconsejable proporcionar algunos medios de hacer ajustes finos al menos una de las cuatro resistencias conectadas a la última op-amp para que puedas " recortar "toda la ganancia de modo tan común. Providing the means to "trim" the resistor network has additional benefits as well. Proporcionar los medios para "cortar" la red de resistencia tiene beneficios adicionales. Suppose that all resistor values are exactly as they should be, but a common-mode gain exists due to an imperfection in one of the op-amps.Supongamos que todos los valores de resistencia son exactamente como debe ser, sino una ganancia en modo común que existe, debido a una imperfección en uno de los amplificadores. With the adjustment provision, the resistance could be trimmed to compensate for this unwanted gain. Con la disposición de ajuste, la resistencia podría ser recortado para compensar este aumento no deseado.
One quirk of some op-amp models is that of output latch-up , usually caused by the common-mode input voltage exceeding allowable limits. Una peculiaridad de algunos modelos de op-amp es el de la salida delatch-up, usualmente causada por el voltaje de modo común de entrada superior a los límites permitidos. If the common-mode voltage falls outside of the manufacturer's specified limits, the output may suddenly "latch" in the high mode (saturate at full output voltage). Si el voltaje de modo común queda fuera de los límites especificados por el fabricante, la salida puede de repente "cierre" en el modo de alta (se saturan a la tensión de salida total). In JFET-input operational amplifiers, latch-up may occur if the common-mode input voltage approaches too closely to the negative power supply rail voltage. En JFET-amplificadores de entrada de funcionamiento, latch-up puede producirse si el común de voltaje de entrada de modo de enfoques muy de cerca a la negativa de suministro de tensión eléctrica de líneas ferroviarias. On the TL082 op-amp, for example, this occurs when the common-mode input voltage comes within about 0.7 volts of the negative power supply rail voltage. En el TL082 op-amp, por ejemplo, esto ocurre cuando el común de voltaje de entrada de modo viene en alrededor de 0,7 voltios de la negativa de suministro de tensión eléctrica de líneas ferroviarias. Such a situation may easily occur in a single-supply circuit, where the negative power supply rail is ground (0 volts), and the input signal is free to swing to 0 volts. Esta situación puede producirse fácilmente en un circuito de una sola entrega, cuando la negativa de ferrocarril de alimentación es la tierra (0 voltios), y la señal de entrada es libre de swing de 0 voltios.
Latch-up may also be triggered by the common-mode input voltage exceeding power supply rail voltages, negative or positive. Latch-up también puede ser desencadenada por el común de voltaje de entrada superior a modo de suministrar los voltajes de alimentación de ferrocarril, negativo o positivo. As a rule, you should never allow either input voltage to rise above the positive power supply rail voltage, or sink below the negative power supply rail voltage, even if the op-amp in question is protected against latch-up (as are the 741 and 1458 op-amp models). Como regla general, nunca se debe permitir que cualquiera de voltaje de entrada al elevarse por encima del positivo en la oferta de tensión eléctrica de líneas ferroviarias, o hundirse por debajo de la negativa de suministro de tensión eléctrica de líneas ferroviarias, incluso si el amplificador en cuestión está protegida contra los latch-up (como lo son los 741 y 1458 op-modelos de amplificador). At the very least, the op-amp's behavior may become unpredictable. Por lo menos, el op-amp comportamiento puede ser impredecible. At worst, the kind of latch-up triggered by input voltages exceeding power supply voltages may be destructive to the op-amp. En el peor, el tipo de cierre-hasta provocadas por tensiones de entrada superiores a las tensiones de alimentación de energía pueden ser destructivos para el amplificador.
While this problem may seem easy to avoid, its possibility is more likely than you might think. Aunque este problema puede parecer fácil de evitar, su posibilidad es más probable que usted podría pensar. Consider the case of an operational amplifier circuit during power-up. Consideremos el caso de un circuito amplificador operacional durante el encendido. If the circuit receives full input signal voltage before its own power supply has had time enough to charge the filter capacitors, the common-mode input voltage may easily exceed the power supply rail voltages for a short time. Si el circuito completo recibe voltaje de la señal de entrada antes de su propia fuente de alimentación ha tenido tiempo suficiente para cargar los capacitores de filtro, el común de voltaje de entrada de modo fácilmente puede superar el poder de las tensiones de alimentación de ferrocarril por un corto tiempo. If the op-amp receives signal voltage from a circuit supplied by a different power source, and its own power source fails, the signal voltage(s) may exceed the power supply rail voltages for an indefinite amount of time! Si el amplificador recibe la señal de voltaje de un circuito suministrada por una fuente de energía diferentes, y su propia fuente de alimentación falla, el voltaje de la señal (s) podrá ser superior a la tensión de la alimentación oferta ferroviaria para una cantidad de tiempo indefinido!
A perfect op-amp would output exactly zero volts with both its inputs shorted together and grounded. Un op-amp ideal sería exactamente la salida de cero voltios con sus dos entradas de cortocircuito y de tierra.However, most op-amps off the shelf will drive their outputs to a saturated level, either negative or positive.Sin embargo, la mayoría de los amplificadores de la estantería se llevan a sus productos a un nivel de saturación, ya sea negativo o positivo. In the example shown above, the output voltage is saturated at a value of positive 14.7 volts, just a bit less than +V (+15 volts) due to the positive saturation limit of this particular op-amp. En el ejemplo anterior, la tensión de salida está saturada en un valor positivo de 14,7 voltios, sólo un poco menos de + V (15 voltios), debido al límite de saturación positivo de este particular op-amp. Because the offset in this op-amp is driving the output to a completely saturated point, there's no way of telling how much voltage offset is present at the output. Debido a que el desplazamiento en este amplificador está impulsando la salida a un punto completamente saturado, no hay forma de saber cuánta tensión de offset está presente en la salida. If the +V/-V split power supply was of a high enough voltage, who knows, maybe the output would be several hundred volts one way or the other due to the effects of offset! Si el V + /-V división de suministro de energía fue de una tensión lo suficientemente alta, quién sabe, quizá la salida sería de varios cientos de voltios de una manera u otra, debido a los efectos de compensar!
For this reason, offset voltage is usually expressed in terms of the equivalent amount of input voltage differential producing this effect. Por esta razón, la tensión de offset se expresa generalmente en términos de la cantidad equivalente de voltaje de entrada diferencial de producir este efecto. In other words, we imagine that the op-amp is perfect (no offset whatsoever), and a small voltage is being applied in series with one of the inputs to force the output voltage one way or the other away from zero. En otras palabras, nos imaginamos que el amplificador es perfecto (no compensar en absoluto), y un pequeño voltaje se aplica en la serie con una de las entradas para obligar a la tensión de salida de un modo u otro fuera de cero. Being that op-amp differential gains are so high, the figure for "input offset voltage" doesn't have to be much to account for what we see with shorted inputs: Siendo que la tensión de amplificador diferencial de las ganancias son tan altos, la cifra de "offset de entrada" no tiene que ser mucho para dar cuenta de lo que vemos con los insumos en corto:
Offset voltage will tend to introduce slight errors in any op-amp circuit. Tensión de offset tienden a introducir pequeños errores en cualquier circuito op-amp. So how do we compensate for it? Entonces, ¿cómo compensar por ello? Unlike common-mode gain, there are usually provisions made by the manufacturer to trim the offset of a packaged op-amp. A diferencia de ganancia de modo común, por lo general hay disposiciones adoptadas por el fabricante para ajustar el desplazamiento de una op-amp envasados. Usually, two extra terminals on the op-amp package are reserved for connecting an external "trim" potentiometer. Por lo general, dos terminales adicionales en el paquete de op-amp se reservan para la conexión externa "ajuste" del potenciómetro. These connection points are labeled offset null and are used in this general way: Estos puntos de conexión están etiquetados compensar nula y se utilizan de esta forma general:
On single op-amps such as the 741 and 3130, the offset null connection points are pins 1 and 5 on the 8-pin DIP package. El único op-amps, como el 741 y 3130, el desplazamiento de puntos de conexión nulos son los pines 1 y 5, a las 8-pines DIP. Other models of op-amp may have the offset null connections located on different pins, and/or require a slightly difference configuration of trim potentiometer connection. Otros modelos de amplificador puede tener las conexiones null compensar encuentra en los pines diferente, y / o requerir una ligera diferencia de configuración de la conexión del potenciómetro del ajuste. Some op-amps don't provide offset null pins at all! Algunos amplificadores no proporcionar compensación pins nula en absoluto! Consult the manufacturer's specifications for details. Consultar las especificaciones del fabricante para más detalles.
This idyllic picture, however, is not entirely true. Esta imagen idílica, sin embargo, es totalmente cierto. Op-amps, especially those op-amps with bipolar transistor inputs, have to have some amount of current through their input connections in order for their internal circuits to be properly biased. Los amplificadores operacionales, especialmente los amplificadores con entradas de transistor bipolar, tienen que tener cierta cantidad de corriente a través de sus conexiones de entrada para que sus circuitos internos para la correcta sesgada. These currents, logically, are called bias currents . Estas corrientes, lógicamente, se llamancorrientes de polarización. Under certain conditions, op-amp bias currents may be problematic. Bajo ciertas condiciones, amplificador corrientes de polarización puede ser problemático. The following circuit illustrates one of those problem conditions: El circuito siguiente ilustra una de las condiciones del problema:
At first glance, we see no apparent problems with this circuit. A primera vista, no vemos problemas evidentes con este circuito. A thermocouple, generating a small voltage proportional to temperature (actually, a voltage proportional to the difference in temperature between the measurement junction and the "reference" junction formed when the alloy thermocouple wires connect with the copper wires leading to the op-amp) drives the op-amp either positive or negative. Un termopar, lo que genera un pequeño voltaje proporcional a la temperatura (en realidad, una tensión proporcional a la diferencia de temperatura entre la unión de medición y de referencia "la unión se forma cuando los cables de aleación de termopar contactar con los cables de cobre que conduce a la op-amp) unidades el amplificador ya sea positivo o negativo. In other words, this is a kind of comparator circuit, comparing the temperature between the end thermocouple junction and the reference junction (near the op-amp). En otras palabras, se trata de una especie de circuito comparador, comparando la temperatura entre el final de la unión de termopar y la unión de referencia (cerca de la op-amp). The problem is this: the wire loop formed by the thermocouple does not provide a path for both input bias currents, because both bias currents are trying to go the same way (either into the op-amp or out of it). El problema es este: el lazo de alambre formado por el termopar no ofrece un camino para que ambas corrientes de polarización de entrada, ya que tanto las corrientes de polarización están tratando de seguir el mismo camino (ya sea en el amplificador o fuera de él).
In order for this circuit to work properly, we must ground one of the input wires, thus providing a path to (or from) ground for both currents: Para que este circuito funcione correctamente, debemos suelo uno de los cables de entrada, proporcionando así un camino a (o desde) el motivo de ambas corrientes:
Not necessarily an obvious problem, but a very real one! No es necesariamente un problema evidente, pero muy real!
Another way input bias currents may cause trouble is by dropping unwanted voltages across circuit resistances. Otra forma de corrientes de polarización de entrada puede causar problemas es por caer voltajes no deseados a través de las resistencias del circuito. Take this circuit for example: Tome este circuito, por ejemplo:
We expect a voltage follower circuit such as the one above to reproduce the input voltage precisely at the output. Esperamos un circuito seguidor de tensión, como el de arriba para reproducir la tensión de entrada, precisamente en la salida. But what about the resistance in series with the input voltage source? Pero ¿qué pasa con la resistencia en serie con la fuente de voltaje de entrada? If there is any bias current through the noninverting (+) input at all, it will drop some voltage across R in , thus making the voltage at the noninverting input unequal to the actual V in value. Si hay alguna tendencia actual a través de la inversora (entrada +) en todos, se cae un cierto voltaje a través de R en, con lo que la tensión en la entrada no inversora desigual a la Ven valor real. Bias currents are usually in the microamp range, so the voltage drop across R in won't be very much, unless R in is very large. Corrientes de polarización son generalmente en el rango de MICROAMP, por lo que la caída de tensión en R en el que no será mucho, a menos que en R es muy grande. One example of an application where the input resistance (R in ) would be very large is that of pH probe electrodes, where one electrode contains an ion-permeable glass barrier (a very poor conductor, with millions of Ω of resistance).Un ejemplo de una aplicación en la que la resistencia de entrada (en R) sería muy grande es el de la sonda de electrodos de pH, donde se contiene un electrodo ion-permeable barrera de vidrio (un conductor muy pobre, con millones de Ω de resistencia).
If we were actually building an op-amp circuit for pH electrode voltage measurement, we'd probably want to use a FET or MOSFET (IGFET) input op-amp instead of one built with bipolar transistors (for less input bias current). Si fuéramos en realidad la construcción de un circuito op-amp para el electrodo de pH de medición de tensión, es probable que desee utilizar un FET o MOSFET (IGFET) op-amp de entrada en lugar de uno construido con los transistores bipolares (de sesgo menos corriente de entrada). But even then, what slight bias currents may remain can cause measurement errors to occur, so we have to find some way to mitigate them through good design. Pero incluso entonces, lo que las corrientes de polarización puede permanecer leve puede causar errores de medición que se produzca, por lo que tenemos que encontrar la manera de mitigar a través de un buen diseño.
One way to do so is based on the assumption that the two input bias currents will be the same. Una forma de hacerlo se basa en la suposición de que las dos corrientes de polarización de entrada será el mismo. In reality, they are often close to being the same, the difference between them referred to as the input offset current . En realidad, son a menudo cerca de ser el mismo, la diferencia entre ellos denominado el offset de entrada actual. If they are the same, then we should be able to cancel out the effects of input resistance voltage drop by inserting an equal amount of resistance in series with the other input, like this: Si son iguales, entonces tenemos que ser capaces de neutralizar los efectos de la resistencia a la caída de tensión de entrada mediante la inserción de una cantidad igual de la resistencia en serie con la entrada de otros, como este:
With the additional resistance added to the circuit, the output voltage will be closer to V in than before, even if there is some offset between the two input currents. Con la resistencia adicional al circuito, la tensión de salida estará más cerca de V en la que antes, incluso si hay algún desplazamiento entre las dos corrientes de entrada.
For both inverting and noninverting amplifier circuits, the bias current compensating resistor is placed in series with the noninverting (+) input to compensate for bias current voltage drops in the divider network: Para ambos inversora y no inversora circuitos de amplificación, la corriente de resistencia de polarización de compensación se coloca en serie con la no inversora (+) de entrada para compensar la baja corriente de polarización de tensión en la red de divisor de:
In either case, the compensating resistor value is determined by calculating the parallel resistance value of R 1and R 2 . En cualquier caso, el valor de una resistencia de compensación se determinará calculando el valor de la resistencia en paralelo de R 1 y R 2. Why is the value equal to the parallel equivalent of R 1 and R 2 ?¿Por qué es el valor igual al equivalente en paralelo de R 1 y R 2? When using the Superposition Theorem to figure how much voltage drop will be produced by the inverting (-) input's bias current, we treat the bias current as though it were coming from a current source inside the op-amp and short-circuit all voltage sources (V in and V out ). Cuando se usa el teorema de superposición para calcular la caída de tensión mucho cómo será producido por la inversión (-) de polarización de entrada actual, en que tratamos a la tendencia actual, como si viniera de una fuente de corriente en el interior del amplificador y de corta de todas las fuentes de tensión en circuito (V y V out). This gives two parallel paths for bias current (through R 1 and through R 2 , both to ground). Esto nos da dos caminos paralelos para la corriente de polarización (a través de R 1 y R a través de 2, tanto a tierra). We want to duplicate the bias current's effect on the noninverting (+) input, so the resistor value we choose to insert in series with that input needs to be equal to R 1 in parallel with R 2 .Queremos duplicar la actual tendencia de efecto sobre la no inversora (entrada +), por lo que el valor de resistencia que elegimos para insertar en la serie con esa entrada debe ser igual a R 1, en paralelo con R 2.
A related problem, occasionally experienced by students just learning to build operational amplifier circuits, is caused by a lack of a common ground connection to the power supply. Un problema relacionado, a veces experimentado por los estudiantes que están aprendiendo a construir un circuito amplificador operacional, es causada por la falta de una conexión de una base común para el suministro de energía. It is imperative to proper op-amp function that some terminal of the DC power supply be common to the "ground" connection of the input signal(s). Es imperativo op adecuada función de amplificador que algunos terminales de la fuente de alimentación DC ser comunes al "terreno" de conexión de la señal de entrada (s). This provides a complete path for the bias currents, feedback current(s), and for the load (output) current. Esto proporciona una ruta de acceso completa para las corrientes de sesgo, retroalimentación de corriente (s), y para la carga (producción) en curso. Take this circuit illustration, for instance, showing a properly grounded power supply: Tome este ejemplo de circuito, por ejemplo, que muestra una fuente de alimentación correctamente conectada a tierra:
Here, arrows denote the path of electron flow through the power supply batteries, both for powering the op-amp's internal circuitry (the "potentiometer" inside of it that controls output voltage), and for powering the feedback loop of resistors R 1 and R 2 . A continuación, las flechas indican el camino del flujo de electrones a través de las baterías de suministro de energía, tanto para alimentar los circuitos internos de op-amp (el "potenciómetro" dentro de ella, que controla la tensión de salida), y para alimentar el circuito de retorno de las resistencias R 1 y R 2. Suppose, however, that the ground connection for this "split" DC power supply were to be removed. Supongamos, sin embargo, que la conexión a tierra para dividir este "" fuente de alimentación DC iban a ser eliminados. The effect of doing this is profound: El efecto de hacer esto es profundo:
No electrons may flow in or out of the op-amp's output terminal, because the pathway to the power supply is a "dead end." N electrones pueden fluir dentro o fuera de las op-terminal de salida del amplificador, porque el camino a la fuente de alimentación es un "punto muerto". Thus, no electrons flow through the ground connection to the left of R 1 , neither through the feedback loop. Por lo tanto, no hay flujo de electrones a través de la conexión a tierra a la izquierda de R 1, ni a través del bucle de retroalimentación. This effectively renders the op-amp useless: it can neither sustain current through the feedback loop, nor through a grounded load, since there is no connection from any point of the power supply to ground. Esto efectivamente hace que el amplificador inútil: no puede mantener la corriente a través del bucle de retroalimentación, ni a través de una carga a tierra, ya que no hay conexión desde cualquier punto de la fuente de alimentación a tierra.
The bias currents are also stopped, because they rely on a path to the power supply and back to the input source through ground. Las corrientes de polarización también se detuvo, porque se basan en una ruta de acceso a la fuente de alimentación y de nuevo a la fuente de entrada a través de suelo. The following diagram shows the bias currents (only), as they go through the input terminals of the op-amp, through the base terminals of the input transistors, and eventually through the power supply terminal(s) and back to ground. El siguiente diagrama muestra las corrientes de polarización (sólo), ya que pasan por los terminales de entrada del amplificador, a través de los terminales de la base de los transistores de entrada, y finalmente a través del terminal de alimentación (s) y de nuevo a tierra.
Without a ground reference on the power supply, the bias currents will have no complete path for a circuit, and they will halt. Sin una referencia de tierra en el suministro de energía, las corrientes de polarización no tendrá ruta completa de un circuito, y se detendrá. Since bipolar junction transistors are current-controlled devices, this renders the input stage of the op-amp useless as well, as both input transistors will be forced into cutoff by the complete lack of base current. Como los transistores bipolares son actuales dispositivos controlados, esto hace que la etapa de entrada del amplificador inútil, así como los transistores de entrada se verá obligado al corte por la falta completa de la base actual.
To minimize op-amp drift, we can select an op-amp made to have minimum drift, and/or we can do our best to keep the operating temperature as stable as possible. Para minimizar la deriva op-amp, podemos seleccionar un amplificador hecho que deriva mínimo, y / o podemos hacer nuestro mejor esfuerzo para mantener la temperatura de funcionamiento lo más estable posible. The latter action may involve providing some form of temperature control for the inside of the equipment housing the op-amp(s). La última acción puede implicar proporcionar alguna forma de control de temperatura para el interior de la carcasa del equipo de la op-amp (s). This is not as strange as it may first seem. Esto no es tan extraño como puede parecer en primer lugar. Laboratory-standard precision voltage reference generators, for example, are sometimes known to employ "ovens" for keeping their sensitive components (such as zener diodes) at constant temperatures. De laboratorio estándar de voltaje de generadores de precisión de referencia, por ejemplo, a veces son conocidos por emplear los "hornos" para mantener sus componentes sensibles (tales como diodos Zener) a una temperatura constante. If extremely high accuracy is desired over the usual factors of cost and flexibility, this may be an option worth looking at. Si la exactitud muy alta se desea más de los factores habituales de coste y flexibilidad, esto puede ser una opción vale la pena mirar.
A case example of this is seen in the 3130 op-amp, if it is connected as a voltage follower with the bare minimum of wiring connections (the two inputs, output, and the power supply connections). Un ejemplo de este caso es visto en el artículo de la 3130-amplificador, si está conectado como un seguidor de tensión con el mínimo de las conexiones (las dos entradas, salidas y las conexiones de suministro de energía). The output of this op-amp will self-oscillate due to its high gain, no matter what the input voltage. La salida de este amplificador se auto-oscilar, debido a su alta ganancia, no importa lo que la tensión de entrada. To combat this, a small compensation capacitor must be connected to two specially-provided terminals on the op-amp.Para combatir esto, un condensador pequeña compensación debe ser conectado a dos terminales especialmente previstos en el amplificador. The capacitor provides a high-impedance path for negative feedback to occur within the op-amp's circuitry, thus decreasing the AC gain and inhibiting unwanted oscillations. El condensador proporciona una ruta de acceso de alta impedancia para la retroalimentación negativa que se produzca dentro de la op-circuito amplificador, lo que disminuye la ganancia de CA y la inhibición de las oscilaciones no deseadas. If the op-amp is being used to amplify high-frequency signals, this compensation capacitor may not be needed, but it is absolutely essential for DC or low-frequency AC signal operation. Si el amplificador se utiliza para amplificar señales de alta frecuencia, este condensador de compensación puede no ser necesaria, pero es absolutamente esencial para la DC o de baja frecuencia de la señal de CA operación.
Some op-amps, such as the model 741, have a compensation capacitor built in to minimize the need for external components. Algunos amplificadores, tales como el modelo 741, un condensador de compensación construido en reducir al mínimo la necesidad de componentes externos. This improved simplicity is not without a cost: due to that capacitor's presence inside the op-amp, the negative feedback tends to get stronger as the operating frequency increases (that capacitor's reactance decreases with higher frequencies). Esta simplicidad es mejor no sin un costo: debido a que la presencia de condensador en el interior del amplificador, la retroalimentación negativa tiende a ser más fuerte a medida que aumenta la frecuencia de funcionamiento (que disminuye la reactancia capacitor con frecuencias más altas). As a result, the op-amp's differential voltage gain decreases as frequency goes up: it becomes a less effective amplifier at higher frequencies. Como resultado, la op-disminuye la tensión diferencial amplificador ganancia como la frecuencia aumenta: se convierte en un amplificador de menos eficaz en las frecuencias más altas.
Op-amp manufacturers will publish the frequency response curves for their products. Op-amp fabricantes publicará las curvas de respuesta de frecuencia de sus productos. Since a sufficiently high differential gain is absolutely essential to good feedback operation in op-amp circuits, the gain/frequency response of an op-amp effectively limits its "bandwidth" of operation. Dado que una ganancia diferencial suficientemente alto es absolutamente esencial para el funcionamiento de votos bien en circuitos op-amp, la ganancia / respuesta de frecuencia de un amplificador de manera efectiva los límites de su "ancho de banda" de la operación. The circuit designer must take this into account if good performance is to be maintained over the required range of signal frequencies. El diseñador de circuitos deben tener esto en cuenta si el rendimiento es bueno que se mantenga en el rango requerido de las frecuencias de la señal.
OPA227 Non-inverting stage OPA227 sin inversión etapa
The circuit configuration calls for a signal gain of ≅34 V/V or ≅50 dB. La configuración del circuito requiere una ganancia de la señal de ≅ 34 V / V o ≅ 50 dB. The input excitation at Vsrc was set to 10 mVp, and three frequencies of interest: 2.2 kHz, 22 kHz, and 220 MHz. La excitación de entrada en Vsrc se fijó al 10 de MVP, y tres frecuencias de interés: 2,2 kHz, 22 kHz, y 220 MHz. The OPA227's open loop gain and phase curve vs. frequency is shown in Figure below . La ganancia de bucle abierto OPA227 y la curva de fase vs frecuencia se muestra en la figura a continuación.
A V and Φ vs. Frequency plot A V y Φ vs parcela de frecuencia
To help predict the closed loop phase shift from input to output, we can use the open loop gain and phase curve. Para ayudar a predecir el cierre de cambio de fase del bucle de entrada como de salida, podemos utilizar la ganancia de bucle abierto y la curva de fase. Since the circuit configuration calls for a closed loop gain, or 1/β, of ≅50 dB, the closed loop gain curve intersects the open loop gain curve at approximately 22 kHz. Dado que la configuración del circuito requiere una ganancia de bucle cerrado, o 1 / β, de ≅ 50 dB, la curva de ganancia de bucle cerrado corta a la curva de ganancia de bucle abierto en aproximadamente 22 kHz.After this intersection, the closed loop gain curve rolls off at the typical 20 dB/decade for voltage feedback amplifiers, and follows the open loop gain curve. Después de esta intersección, la curva de ganancia de bucle cerrado rollos de baja en la corriente de 20 dB / década para los amplificadores de realimentación de tensión, y sigue la curva de ganancia de bucle abierto.
What is actually at work here is the negative feedback from the closed loop modifies the open loop response.¿Qué es en realidad en el trabajo aquí es la retroalimentación negativa de la de bucle cerrado modifica la respuesta de lazo abierto. Closing the loop with negative feedback establishes a closed loop pole at 22 kHz.Cerrando el ciclo con retroalimentación negativa establece un polo de lazo cerrado a 22 kHz. Much like the dominant pole in the open loop phase curve, we will expect phase shift in the closed loop response. Al igual que el polo dominante en la curva de ciclo abierto de fase, vamos a esperar de cambio de fase en la respuesta de bucle cerrado. How much phase shift will we see? ¿Cómo cambio de fase mucho más veremos?
Since the new pole is now at 22 kHz, this is also the -3 dB point as the pole starts to roll off the closed loop again at 20 dB per decade as stated earlier. Dado que el nuevo polo se encuentra ahora en 22 kHz, éste es también el punto de -3 dB como el polo comience a rodar el circuito cerrado de nuevo a 20 dB por década, como se dijo anteriormente. As with any pole in basic control theory, phase shift starts to occur one decade in frequency before the pole, and ends at 90 o of phase shift one decade in frequency after the pole. Como con cualquier palo en la teoría de control básica, de cambio de fase comienza a producirse una década en la frecuencia de antes de la pole, y termina a las 90 o de cambio de fase en la frecuencia de una década después de la pole. So what does this predict for the closed loop response in our circuit? ¿Qué significa esto para predecir la respuesta a lazo cerrado en nuestro circuito?
This will predict phase shift starting at 2.2 kHz, with 45 o of phase shift at the -3 dB point of 22 kHz, and finally ending with 90 o of phase shift at 220 kHz. Esto predecir cambio de fase a partir de 2,2 kHz, con 45 ode cambio de fase en el punto de -3 dB de 22 kHz, y, finalmente, termina en 90 o de cambio de fase de 220 kHz. The three Figures shown below are oscilloscope captures at the frequencies of interest for our OPA227 circuit. Las tres figuras se muestra a continuación se recoge un osciloscopio en las frecuencias de interés para nuestro circuito OPA227. Figure below is set for 2.2 kHz, and no noticeable phase shift is present. La figura a continuación se establece en el 2,2 kHz, y no hay cambio de fase sensible está presente. Figure below is set for 220 kHz, and ≅45 o of phase shift is recorded. La figura a continuación se establece para 220 kHz, y ≅ 45 o de cambio de fase se registra. Finally, Figure below is set for 220 MHz, and the expected ≅90 o of phase shift is recorded. Por último, la figura a continuación se establece para 220 MHz, y la espera ≅ 90 o de cambio de fase se registra. The scope plots were captured using a LeCroy 44x Wavesurfer. Las parcelas fueron capturados ámbito de aplicación mediante un Wavesurfer 44x LeCroy. The final scope plot used a x1 probe with the trigger set to HF reject. La parcela alcance final utilizó una sonda x1 con el disparador establece HF rechazar.
OPA227 Av=50dB @ 2.2 kHz OPA227 Av = 50dB@2.2 kHz
OPA227 Av=50dB @ 22 kHz OPA227 Av = 50 dB @ 22 kHz
CAICEDO S. OSIRIS A.
http://translate.google.co.ve/translate?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://www.allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_8/9.html
Discover the new Windows Vista Learn more!
The basic principle of negative feedback is that the output tends to drive in a direction that creates a condition of equilibrium (balance). El principio básico de la retroalimentación negativa es que la producción tiende a conducir en una dirección que crea un estado de equilibrio (equilibrio). In an op-amp circuit with no feedback, there is no corrective mechanism, and the output voltage will saturate with the tiniest amount of differential voltage applied between the inputs. En un circuito op-amp, sin comentarios, no hay mecanismo de corrección, y la tensión de salida se satura con la más pequeña cantidad de voltaje diferencial que se aplica entre los insumos. The result is a comparator: El resultado es un comparador:
With negative feedback (the output voltage "fed back" somehow to the inverting input), the circuit tends to prevent itself from driving the output to full saturation. Con la retroalimentación negativa (la tensión de salida "retroalimentación" de alguna manera a la entrada inversora), el circuito tiende a impedir que la propia conducción de la salida a la saturación completa. Rather, the output voltage drives only as high or as low as needed to balance the two inputs' voltages: Por el contrario, la tensión de salida sólo las unidades como de alto o tan bajo como sea necesario para equilibrar tensiones de las dos entradas ":
Whether the output is directly fed back to the inverting (-) input or coupled through a set of components, the effect is the same: the extremely high differential voltage gain of the op-amp will be "tamed" and the circuit will respond according to the dictates of the feedback "loop" connecting output to inverting input. Si la salida se alimenta directamente de vuelta a la inversión (-) de entrada o junto a través de un conjunto de componentes, el efecto es el mismo: la muy alta ganancia de tensión diferencial del amplificador será "domesticado" y el circuito responder de acuerdo a los dictados de la retroalimentación "bucle" que conecta la salida a invertir de entrada.
Another type of feedback, namely positive feedback , also finds application in op-amp circuits. Otro tipo devotos, los votos es decir, positivo, también encuentra aplicación en los circuitos op-amp. Unlike negative feedback, where the output voltage is "fed back" to the inverting (-) input, with positive feedback the output voltage is somehow routed back to the noninverting (+) input. A diferencia de la retroalimentación negativa, donde la tensión de salida es "retroalimentación" a la inversión (de entrada -), con la respuesta positiva de la tensión de salida es de alguna manera enviados de nuevo a la no inversora (entrada +). In its simplest form, we could connect a straight piece of wire from output to noninverting input and see what happens: En su forma más simple, se podría conectar un trozo de alambre recto de la salida a la entrada no inversora y ver lo que sucede:
The inverting input remains disconnected from the feedback loop, and is free to receive an external voltage. La entrada inversora se mantiene desconectada de la retroalimentación, y es libre de recibir un voltaje externo.Let's see what happens if we ground the inverting input: Vamos a ver qué pasa si baja la entrada inversora:
With the inverting input grounded (maintained at zero volts), the output voltage will be dictated by the magnitude and polarity of the voltage at the noninverting input. Con la entrada inversora a tierra (mantenido en cero voltios), la tensión de salida será dictado por la magnitud y la polaridad de la tensión en la entrada no inversora. If that voltage happens to be positive, the op-amp will drive its output positive as well, feeding that positive voltage back to the noninverting input, which will result in full positive output saturation. Si el amplificador de voltaje que pasa a ser positivo, la op-impulsará su producción positiva que alimenta la tensión positiva que de nuevo a la entrada no, que dará lugar a la saturación completa de producción positiva. On the other hand, if the voltage on the noninverting input happens to start out negative, the op-amp's output will drive in the negative direction, feeding back to the noninverting input and resulting in full negative saturation.Por otra parte, si el voltaje en la entrada no le sucede a empezar negativa, la op-salida de la etapa la voluntad de conducir en la dirección negativa, la alimentación de nuevo a la entrada no inversora y la consiguiente negativa en la saturación completa.
What we have here is a circuit whose output is bistable : stable in one of two states (saturated positive or saturated negative). Lo que tenemos aquí es un circuito cuya salida es biestable: estable en uno de dos estados (saturadas positivo o negativo saturadas). Once it has reached one of those saturated states, it will tend to remain in that state, unchanging. Una vez que ha alcanzado uno de los estados saturados, se tienden a permanecer en ese estado, sin cambios. What is necessary to get it to switch states is a voltage placed upon the inverting (-) input of the same polarity, but of a slightly greater magnitude. ¿Qué es necesario para conseguir que los Estados es un interruptor de tensión colocada sobre la inversión (de entrada -) de la misma polaridad, sino de una magnitud ligeramente mayor. For example, if our circuit is saturated at an output voltage of +12 volts, it will take an input voltage at the inverting input of at least +12 volts to get the output to change. Por ejemplo, si nuestro circuito está saturado a una tensión de salida de 12 voltios, que tomará una tensión de entrada en la entrada inversora de al menos 12 voltios para obtener la salida al cambio. When it changes, it will saturate fully negative. Cuando se cambia, se saturan totalmente negativo.
So, an op-amp with positive feedback tends to stay in whatever output state its already in. It "latches" between one of two states, saturated positive or saturated negative. Por lo tanto, un amplificador con una retroalimentación positiva tiende a permanecer en cualquier estado de la salida de su ya in It "cerraduras" entre uno de dos estados, saturados positivo o negativo saturados. Technically, this is known as hysteresis .Técnicamente, esto se conoce como histéresis.
Hysteresis can be a useful property for a comparator circuit to have. Histéresis puede ser una característica útil para un circuito comparador de tener. As we've seen before, comparators can be used to produce a square wave from any sort of ramping waveform (sine wave, triangle wave, sawtooth wave, etc.) input. Como hemos visto antes, comparadores se puede utilizar para producir una onda cuadrada de cualquier tipo de forma de onda de rampa (onda sinusoidal, onda triangular, onda de diente de sierra, etc) de entrada. If the incoming AC waveform is noise-free (that is, a "pure" waveform), a simple comparator will work just fine. Si la forma de onda de CA de entrada es libre de ruidos (es decir, un "puro" de forma de onda), una comparación simple funciona muy bien.
However, if there exist any anomalies in the waveform such as harmonics or "spikes" which cause the voltage to rise and fall significantly within the timespan of a single cycle, a comparator's output might switch states unexpectedly: Sin embargo, si existe alguna anomalía en la forma de onda como armónicos o "picos" que causan la tensión a subir y bajar de manera significativa en el intervalo de tiempo de un solo ciclo, la producción de un comparador podría cambiar los estados de forma inesperada:
Any time there is a transition through the reference voltage level, no matter how tiny that transition may be, the output of the comparator will switch states, producing a square wave with "glitches." Toda vez que hay una transición a través del nivel de voltaje de referencia, no importa lo pequeña que la transición puede ser la salida del comparador cambiará los Estados, produciendo una onda cuadrada con "problemas técnicos".
If we add a little positive feedback to the comparator circuit, we will introduce hysteresis into the output. Si añadimos un poco de retroalimentación positiva para el circuito de comparación, vamos a introducir la histéresis en la salida. This hysteresis will cause the output to remain in its current state unless the AC input voltage undergoes a major change in magnitude. Esto hará que la histéresis de la salida a permanecer en su estado actual a menos que el voltaje de entrada AC sufre un cambio importante en magnitud.
What this feedback resistor creates is a dual-reference for the comparator circuit. Lo que esto crea resistencia de realimentación es un doble circuito de referencia para la comparación. The voltage applied to the noninverting (+) input as a reference which to compare with the incoming AC voltage changes depending on the value of the op-amp's output voltage. El voltaje aplicado a la no inversora (+) de entrada como una referencia para comparar con los cambios de voltaje de entrada AC en función del valor de la op-tensión de salida del amplificador. When the op-amp output is saturated positive, the reference voltage at the noninverting input will be more positive than before. Cuando la op-salida de la etapa está saturado positiva, la tensión de referencia en la entrada no será más positivo que antes. Conversely, when the op-amp output is saturated negative, the reference voltage at the noninverting input will be more negative than before. Por el contrario, cuando la op-salida de la etapa está saturado negativa, la tensión de referencia en la entrada no sea más negativo que antes. The result is easier to understand on a graph: El resultado es fácil de entender en un gráfico:
When the op-amp output is saturated positive, the upper reference voltage is in effect, and the output won't drop to a negative saturation level unless the AC input rises above that upper reference level. Cuando el OP-salida de la etapa está saturado positiva, la tensión de referencia superior es, en efecto, y la salida no se reducirá a un nivel de saturación negativa a menos que la entrada de CA se eleva por encima de ese nivel de referencia superior. Conversely, when the op-amp output is saturated negative, the lower reference voltage is in effect, and the output won't rise to a positive saturation level unless the AC input drops below that lower reference level. Por el contrario, cuando la op-salida de la etapa está saturado negativa, la tensión de referencia inferior es, en efecto, y la salida no se elevará a un nivel de saturación positiva a menos que las gotas de entrada AC debajo de ese nivel de referencia inferior. The result is a clean square-wave output again, despite significant amounts of distortion in the AC input signal. El resultado es un cuadrado de limpieza de salida de onda de nuevo, a pesar de cantidades significativas de distorsión en la señal de entrada de CA. In order for a "glitch" to cause the comparator to switch from one state to another, it would have to be at least as big (tall) as the difference between the upper and lower reference voltage levels, and at the right point in time to cross both those levels. A fin de que falla un "" para hacer la comparación de pasar de un estado a otro, tendría que ser al menos tan grande (de altura) como la diferencia entre el alto y niveles más bajos de referencia de tensión, y en el punto exacto en el tiempo para cruzar tanto los niveles.
Another application of positive feedback in op-amp circuits is in the construction of oscillator circuits. Otra aplicación de retroalimentación positiva en los circuitos op-amp es en la construcción de los circuitos del oscilador. An oscillator is a device that produces an alternating (AC), or at least pulsing, output voltage. Unoscilador es un dispositivo que produce una alterna (AC), o al menos pulso, tensión de salida. Technically, it is known as an astable device: having no stable output state (no equilibrium whatsoever). Técnicamente, se conoce como un dispositivo de astable: no tener estado de salida estable (no hay equilibrio alguno).Oscillators are very useful devices, and they are easily made with just an op-amp and a few external components. Los osciladores son muy útiles los dispositivos, y se hace fácilmente con sólo una op-amp y unos pocos componentes externos.
When the output is saturated positive, the V ref will be positive, and the capacitor will charge up in a positive direction. Cuando la salida está saturada positivo, la ref V será positivo, y el condensador se cargará en una dirección positiva. When V ramp exceeds V ref by the tiniest margin, the output will saturate negative, and the capacitor will charge in the opposite direction (polarity). Cuando la rampa V excede ref V por un pequeño margen, la salida se saturará negativo, y el condensador se carga en la dirección opuesta (polaridad).Oscillation occurs because the positive feedback is instantaneous and the negative feedback is delayed (by means of an RC time constant). Oscilación se debe a que la retroalimentación positiva es instantáneo y la retroalimentación negativa se retrasa (por medio de una constante de tiempo RC). The frequency of this oscillator may be adjusted by varying the size of any component. La frecuencia de este oscilador puede ajustarse variando el tamaño de cualquier componente.
Common-mode gain Común-modo de ganancia
As stated before, an ideal differential amplifier only amplifies the voltage difference between its two inputs.Como se dijo antes, un amplificador diferencial ideal sólo amplifica la diferencia de tensión entre sus dos entradas. If the two inputs of a differential amplifier were to be shorted together (thus ensuring zero potential difference between them), there should be no change in output voltage for any amount of voltage applied between those two shorted inputs and ground: Si las dos entradas de un amplificador diferencial serían cortocircuito (lo que garantiza cero la diferencia de potencial entre ellos), no debería haber ningún cambio en el voltaje de salida para cualquier cantidad de voltaje aplicado entre las dos entradas en corto y el suelo:Voltage that is common between either of the inputs and ground, as "V common-mode " is in this case, is called common-mode voltage . Tensión que es común entre cualquiera de las entradas y tierra, como "V de modo común" es en este caso, se llama voltaje de modo común. As we vary this common voltage, the perfect differential amplifier's output voltage should hold absolutely steady (no change in output for any arbitrary change in common-mode input). A medida que varía el voltaje común, tensión de salida del amplificador diferencial ideal debe mantener absolutamente estable (sin cambios en la producción de cualquier cambio arbitrario en la entrada de modo común). This translates to a common-mode voltage gain of zero. Esto se traduce en una ganancia en modo común de tensión de cero.
The operational amplifier, being a differential amplifier with high differential gain, would ideally have zero common-mode gain as well. El amplificador operacional, que es un amplificador diferencial con ganancia diferencial de alta, lo ideal sería tener cero ganancia en modo común también. In real life, however, this is not easily attained. En la vida real, sin embargo, esto se logra fácilmente. Thus, common-mode voltages will invariably have some effect on the op-amp's output voltage. Por lo tanto, los voltajes de modo común, siempre tendrá algún efecto en la op-tensión de salida del amplificador.
The performance of a real op-amp in this regard is most commonly measured in terms of its differential voltage gain (how much it amplifies the difference between two input voltages) versus its common-mode voltage gain (how much it amplifies a common-mode voltage). El rendimiento de un op-amp real en este sentido es más comúnmente medido en términos de ganancia de tensión diferencial (cuánto amplifica la diferencia entre dos voltajes de entrada) frente a su común ganancia de voltaje de modo (cuánto una ampliación de un modo común voltaje). The ratio of the former to the latter is called the common-mode rejection ratio , abbreviated as CMRR: La relación de la primera a la segunda se llama el común de relación de rechazo de modo abreviado como CMRR:
An ideal op-amp, with zero common-mode gain would have an infinite CMRR. Un op-amp ideal, con cero ganancia de modo común tendría un CMRR infinito. Real op-amps have high CMRRs, the ubiquitous 741 having something around 70 dB, which works out to a little over 3,000 in terms of a ratio. Amplificadores operacionales reales han CMRRs alto, el ubicuo 741 tener algo en torno a 70 dB, lo que equivalía a un poco más de 3.000 en términos de una relación.
Because the common mode rejection ratio in a typical op-amp is so high, common-mode gain is usually not a great concern in circuits where the op-amp is being used with negative feedback. Debido a que la relación de rechazo de modo común en un típico op-amp es tan alto, ganancia en modo común no suele ser una gran preocupación en los circuitos donde el amplificador se utiliza con un voto negativo. If the common-mode input voltage of an amplifier circuit were to suddenly change, thus producing a corresponding change in the output due to common-mode gain, that change in output would be quickly corrected as negative feedback and differential gain (being much greater than common-mode gain) worked to bring the system back to equilibrium. Si el común de voltaje de entrada de modo de un circuito amplificador iban a cambiar de repente, lo que produce un cambio correspondiente en la salida debido a la ganancia en modo común, que el cambio en la producción se corrige rápidamente como retroalimentación negativa y la ganancia diferencial (es muchomayor que ganancia de modo común) trabajó para que el sistema vuelva al equilibrio. Sure enough, a change might be seen at the output, but it would be a lot smaller than what you might expect. Efectivamente, un cambio puede ser visto en la salida, pero sería mucho menor que lo que cabría esperar.
A consideration to keep in mind, though, is common-mode gain in differential op-amp circuits such as instrumentation amplifiers. Una consideración a tener en cuenta, sin embargo, es común la ganancia en modo diferencial en el op-amp circuitos como amplificadores de instrumentación. Outside of the op-amp's sealed package and extremely high differential gain, we may find common-mode gain introduced by an imbalance of resistor values. Fuera de la op-amp paquete sellado y la ganancia diferencial muy alto, podemos encontrar ganancia en modo común introducido por un desequilibrio de los valores de resistencia. To demonstrate this, we'll run a SPICE analysis on an instrumentation amplifier with inputs shorted together (no differential voltage), imposing a common-mode voltage to see what happens. Para demostrar esto, vamos a realizar un análisis SPICE de un amplificador de instrumentación con las entradas cortocircuito (sin tensión diferencial), se establece un voltaje de modo común para ver qué pasa. First, we'll run the analysis showing the output voltage of a perfectly balanced circuit. En primer lugar, vamos a ejecutar el análisis que muestra el voltaje de salida de un circuito perfectamente equilibrado. We should expect to see no change in output voltage as the common-mode voltage changes: Debemos esperar a ver ningún cambio en el voltaje de salida como el común de los cambios de voltaje en modo:
instrumentation amplifier amplificador de instrumentación v1 1 0 V1 1 0 rin1 1 0 9e12 rin1 1 0 9e12 rjump 1 4 1e-12 rjump 1 4 1e-12 rin2 4 0 9e12 rin2 4 0 9e12 e1 3 0 1 2 999k e 1 3 0 1 2 999k e2 6 0 4 5 999k e2 6 0 4 5 999k e3 9 0 8 7 999k E3 9 0 8 7 999k rload 9 0 10k RLOAD 9 0 10k r1 2 3 10k r1 2 3 10k rgain 2 5 10k rgain 2 5 10k r2 5 6 10k R2 5 6 10k r3 3 7 10k R3 3 7 10k r4 7 9 10k R4 7 9 10k r5 6 8 10k R5 6 8 10k r6 8 0 10k R6 8 0 10k .dc v1 0 10 1 . DC V1 0 10 1 .print dc v(9) . v impresión DC (9) .end . final
v1 v(9) v1 V (9) 0.000E+00 0.000E+00 0.000E 00 0.000E 00 1.000E+00 1.355E-16 1.000E 00 1.355E-16 2.000E+00 2.710E-16 2.000E 00 2.710E-16 3.000E+00 0.000E+00 As you can see, the output voltage v(9) 3.000E 00 0.000E 00 Como puede ver, el voltaje de salida v (9) 4.000E+00 5.421E-16 hardly changes at all for a common-mode 4.000E 00 5.421E-16 casi no cambia en absoluto de un modo común - 5.000E+00 0.000E+00 input voltage (v1) that sweeps from 0 5.000E 00 0.000E 00 voltaje de entrada (v1) que barre de 0 6.000E+00 0.000E+00 to 10 volts. 6.000E 00 0.000E 00 a 10 voltios. 7.000E+00 0.000E+00 7.000E 00 0.000E 00 8.000E+00 1.084E-15 8.000E 00 1.084E-15 9.000E+00 -1.084E-15 9.000E +00-1.084E-15 1.000E+01 0.000E+00 1.000E 01 0.000E 00
Aside from very small deviations (actually due to quirks of SPICE rather than real behavior of the circuit), the output remains stable where it should be: at 0 volts, with zero input voltage differential. Aparte de desviaciones muy pequeñas (de hecho, debido a las peculiaridades de SPICE en lugar de comportamiento real del circuito), la producción se mantiene estable en el que se debe: a 0 voltios, con cero de tensión de entrada diferencial.However, let's introduce a resistor imbalance in the circuit, increasing the value of R 5 from 10,000 Ω to 10,500 Ω, and see what happens (the netlist has been omitted for brevity -- the only thing altered is the value of R 5 ): Sin embargo, vamos a introducir un desequilibrio de resistencia en el circuito, aumentando el valor de R 5 de 10.000 a 10.500 Ω Ω, y ver qué pasa (la netlist ha sido omitidas para abreviar - la única cosa que alterado es el valor de R 5):
v1 v(9) v1 V (9) 0.000E+00 0.000E+00 0.000E 00 0.000E 00 1.000E+00 -2.439E-02 1.000E +00-2.439E-02 2.000E+00 -4.878E-02 2.000E +00-4.878E-02 3.000E+00 -7.317E-02 This time we see a significant variation 3.000E +00-7.317E-02 Esta vez vemos una variación significativa 4.000E+00 -9.756E-02 (from 0 to 0.2439 volts) in output voltage 4.000E +00-9.756E-02 (0 a 0,2439 voltios) la tensión de salida 5.000E+00 -1.220E-01 as the common-mode input voltage sweeps 5.000E +00-1.220E-01 como el común de los barridos de voltaje de modo de entrada 6.000E+00 -1.463E-01 from 0 to 10 volts as it did before. 6.000E +00-1.463E-01 0 a 10 voltios, como lo hacía antes. 7.000E+00 -1.707E-01 7.000E +00-1.707E-01 8.000E+00 -1.951E-01 8.000E +00-1.951E-01 9.000E+00 -2.195E-01 9.000E +00-2.195E-01 1.000E+01 -2.439E-01 1.000E +01-2.439E-01
Our input voltage differential is still zero volts, yet the output voltage changes significantly as the common-mode voltage is changed. Nuestro diferencial de tensión de entrada sigue siendo cero voltios, sin embargo, los cambios de voltaje de salida de manera significativa como el voltaje de modo común se cambia. This is indicative of a common-mode gain, something we're trying to avoid. Esto es indicativo de una ganancia de modo común, algo que estamos tratando de evitar. More than that, its a common-mode gain of our own making, having nothing to do with imperfections in the op-amps themselves. Más que eso, es un ganancia en modo común de nuestra propia fabricación, que no tiene nada que ver con las imperfecciones de los amplificadores a sí mismos. With a much-tempered differential gain (actually equal to 3 in this particular circuit) and no negative feedback outside the circuit, this common-mode gain will go unchecked in an instrument signal application. Con un aumento muy moderado diferencial (en realidad, igual a 3 en este circuito en particular) y no de votos negativos fuera del circuito, esta ganancia en modo común será sin control en una aplicación de la señal del instrumento.
There is only one way to correct this common-mode gain, and that is to balance all the resistor values. Sólo hay una forma de corregir esta ganancia en modo común, y que consiste en equilibrar los valores de resistencia. When designing an instrumentation amplifier from discrete components (rather than purchasing one in an integrated package), it is wise to provide some means of making fine adjustments to at least one of the four resistors connected to the final op-amp to be able to "trim away" any such common-mode gain. En el diseño de un amplificador de instrumentación de componentes discretos (en lugar de comprar uno en un paquete integrado), es aconsejable proporcionar algunos medios de hacer ajustes finos al menos una de las cuatro resistencias conectadas a la última op-amp para que puedas " recortar "toda la ganancia de modo tan común. Providing the means to "trim" the resistor network has additional benefits as well. Proporcionar los medios para "cortar" la red de resistencia tiene beneficios adicionales. Suppose that all resistor values are exactly as they should be, but a common-mode gain exists due to an imperfection in one of the op-amps.Supongamos que todos los valores de resistencia son exactamente como debe ser, sino una ganancia en modo común que existe, debido a una imperfección en uno de los amplificadores. With the adjustment provision, the resistance could be trimmed to compensate for this unwanted gain. Con la disposición de ajuste, la resistencia podría ser recortado para compensar este aumento no deseado.
One quirk of some op-amp models is that of output latch-up , usually caused by the common-mode input voltage exceeding allowable limits. Una peculiaridad de algunos modelos de op-amp es el de la salida delatch-up, usualmente causada por el voltaje de modo común de entrada superior a los límites permitidos. If the common-mode voltage falls outside of the manufacturer's specified limits, the output may suddenly "latch" in the high mode (saturate at full output voltage). Si el voltaje de modo común queda fuera de los límites especificados por el fabricante, la salida puede de repente "cierre" en el modo de alta (se saturan a la tensión de salida total). In JFET-input operational amplifiers, latch-up may occur if the common-mode input voltage approaches too closely to the negative power supply rail voltage. En JFET-amplificadores de entrada de funcionamiento, latch-up puede producirse si el común de voltaje de entrada de modo de enfoques muy de cerca a la negativa de suministro de tensión eléctrica de líneas ferroviarias. On the TL082 op-amp, for example, this occurs when the common-mode input voltage comes within about 0.7 volts of the negative power supply rail voltage. En el TL082 op-amp, por ejemplo, esto ocurre cuando el común de voltaje de entrada de modo viene en alrededor de 0,7 voltios de la negativa de suministro de tensión eléctrica de líneas ferroviarias. Such a situation may easily occur in a single-supply circuit, where the negative power supply rail is ground (0 volts), and the input signal is free to swing to 0 volts. Esta situación puede producirse fácilmente en un circuito de una sola entrega, cuando la negativa de ferrocarril de alimentación es la tierra (0 voltios), y la señal de entrada es libre de swing de 0 voltios.
Latch-up may also be triggered by the common-mode input voltage exceeding power supply rail voltages, negative or positive. Latch-up también puede ser desencadenada por el común de voltaje de entrada superior a modo de suministrar los voltajes de alimentación de ferrocarril, negativo o positivo. As a rule, you should never allow either input voltage to rise above the positive power supply rail voltage, or sink below the negative power supply rail voltage, even if the op-amp in question is protected against latch-up (as are the 741 and 1458 op-amp models). Como regla general, nunca se debe permitir que cualquiera de voltaje de entrada al elevarse por encima del positivo en la oferta de tensión eléctrica de líneas ferroviarias, o hundirse por debajo de la negativa de suministro de tensión eléctrica de líneas ferroviarias, incluso si el amplificador en cuestión está protegida contra los latch-up (como lo son los 741 y 1458 op-modelos de amplificador). At the very least, the op-amp's behavior may become unpredictable. Por lo menos, el op-amp comportamiento puede ser impredecible. At worst, the kind of latch-up triggered by input voltages exceeding power supply voltages may be destructive to the op-amp. En el peor, el tipo de cierre-hasta provocadas por tensiones de entrada superiores a las tensiones de alimentación de energía pueden ser destructivos para el amplificador.
While this problem may seem easy to avoid, its possibility is more likely than you might think. Aunque este problema puede parecer fácil de evitar, su posibilidad es más probable que usted podría pensar. Consider the case of an operational amplifier circuit during power-up. Consideremos el caso de un circuito amplificador operacional durante el encendido. If the circuit receives full input signal voltage before its own power supply has had time enough to charge the filter capacitors, the common-mode input voltage may easily exceed the power supply rail voltages for a short time. Si el circuito completo recibe voltaje de la señal de entrada antes de su propia fuente de alimentación ha tenido tiempo suficiente para cargar los capacitores de filtro, el común de voltaje de entrada de modo fácilmente puede superar el poder de las tensiones de alimentación de ferrocarril por un corto tiempo. If the op-amp receives signal voltage from a circuit supplied by a different power source, and its own power source fails, the signal voltage(s) may exceed the power supply rail voltages for an indefinite amount of time! Si el amplificador recibe la señal de voltaje de un circuito suministrada por una fuente de energía diferentes, y su propia fuente de alimentación falla, el voltaje de la señal (s) podrá ser superior a la tensión de la alimentación oferta ferroviaria para una cantidad de tiempo indefinido!
Offset voltage Tensión de offset
Another practical concern for op-amp performance is voltage offset . Otra de las preocupaciones prácticas para el desempeño op-amp es el voltaje de compensación. That is, effect of having the output voltage something other than zero volts when the two input terminals are shorted together. Es decir, el efecto de tener algo de tensión de salida de cero voltios, cuando los dos terminales de entrada están en cortocircuito.Remember that operational amplifiers are differential amplifiers above all: they're supposed to amplify the difference in voltage between the two input connections and nothing more. Recuerde que los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales por encima de todo: que se supone que ampliar la diferencia de tensión entre las dos conexiones de entrada y nada más. When that input voltage difference is exactly zero volts, we would (ideally) expect to have exactly zero volts present on the output. Cuando esa diferencia de voltaje de entrada es exactamente cero voltios, nos (idealmente) espera tener exactamente cero voltios presentes en la salida. However, in the real world this rarely happens. Sin embargo, en el mundo real esto rara vez sucede. Even if the op-amp in question has zero common-mode gain (infinite CMRR), the output voltage may not be at zero when both inputs are shorted together. Incluso si el amplificador en cuestión tiene cero ganancia en modo común (CMRR infinito), la tensión de salida no puede estar en cero cuando ambas entradas están en cortocircuito. This deviation from zero is called offset . Esta desviación de cero se llamaoffset.A perfect op-amp would output exactly zero volts with both its inputs shorted together and grounded. Un op-amp ideal sería exactamente la salida de cero voltios con sus dos entradas de cortocircuito y de tierra.However, most op-amps off the shelf will drive their outputs to a saturated level, either negative or positive.Sin embargo, la mayoría de los amplificadores de la estantería se llevan a sus productos a un nivel de saturación, ya sea negativo o positivo. In the example shown above, the output voltage is saturated at a value of positive 14.7 volts, just a bit less than +V (+15 volts) due to the positive saturation limit of this particular op-amp. En el ejemplo anterior, la tensión de salida está saturada en un valor positivo de 14,7 voltios, sólo un poco menos de + V (15 voltios), debido al límite de saturación positivo de este particular op-amp. Because the offset in this op-amp is driving the output to a completely saturated point, there's no way of telling how much voltage offset is present at the output. Debido a que el desplazamiento en este amplificador está impulsando la salida a un punto completamente saturado, no hay forma de saber cuánta tensión de offset está presente en la salida. If the +V/-V split power supply was of a high enough voltage, who knows, maybe the output would be several hundred volts one way or the other due to the effects of offset! Si el V + /-V división de suministro de energía fue de una tensión lo suficientemente alta, quién sabe, quizá la salida sería de varios cientos de voltios de una manera u otra, debido a los efectos de compensar!
For this reason, offset voltage is usually expressed in terms of the equivalent amount of input voltage differential producing this effect. Por esta razón, la tensión de offset se expresa generalmente en términos de la cantidad equivalente de voltaje de entrada diferencial de producir este efecto. In other words, we imagine that the op-amp is perfect (no offset whatsoever), and a small voltage is being applied in series with one of the inputs to force the output voltage one way or the other away from zero. En otras palabras, nos imaginamos que el amplificador es perfecto (no compensar en absoluto), y un pequeño voltaje se aplica en la serie con una de las entradas para obligar a la tensión de salida de un modo u otro fuera de cero. Being that op-amp differential gains are so high, the figure for "input offset voltage" doesn't have to be much to account for what we see with shorted inputs: Siendo que la tensión de amplificador diferencial de las ganancias son tan altos, la cifra de "offset de entrada" no tiene que ser mucho para dar cuenta de lo que vemos con los insumos en corto:
Offset voltage will tend to introduce slight errors in any op-amp circuit. Tensión de offset tienden a introducir pequeños errores en cualquier circuito op-amp. So how do we compensate for it? Entonces, ¿cómo compensar por ello? Unlike common-mode gain, there are usually provisions made by the manufacturer to trim the offset of a packaged op-amp. A diferencia de ganancia de modo común, por lo general hay disposiciones adoptadas por el fabricante para ajustar el desplazamiento de una op-amp envasados. Usually, two extra terminals on the op-amp package are reserved for connecting an external "trim" potentiometer. Por lo general, dos terminales adicionales en el paquete de op-amp se reservan para la conexión externa "ajuste" del potenciómetro. These connection points are labeled offset null and are used in this general way: Estos puntos de conexión están etiquetados compensar nula y se utilizan de esta forma general:
On single op-amps such as the 741 and 3130, the offset null connection points are pins 1 and 5 on the 8-pin DIP package. El único op-amps, como el 741 y 3130, el desplazamiento de puntos de conexión nulos son los pines 1 y 5, a las 8-pines DIP. Other models of op-amp may have the offset null connections located on different pins, and/or require a slightly difference configuration of trim potentiometer connection. Otros modelos de amplificador puede tener las conexiones null compensar encuentra en los pines diferente, y / o requerir una ligera diferencia de configuración de la conexión del potenciómetro del ajuste. Some op-amps don't provide offset null pins at all! Algunos amplificadores no proporcionar compensación pins nula en absoluto! Consult the manufacturer's specifications for details. Consultar las especificaciones del fabricante para más detalles.
Bias current Corriente de polarización
Inputs on an op-amp have extremely high input impedances. Entradas de un amplificador han impedancia de entrada muy alta. That is, the input currents entering or exiting an op-amp's two input signal connections are extremely small. Es decir, las corrientes de entrada de entrada y salida de un artículo de dos conexiones de amplificador de señal de entrada son extremadamente pequeñas. For most purposes of op-amp circuit analysis, we treat them as though they don't exist at all. Para la mayoría de los propósitos de análisis de circuitos op-amp, los tratamos como si no existen en absoluto. We analyze the circuit as though there was absolutely zero current entering or exiting the input connections. Se analiza el circuito como si no hubiera absolutamente cero actual entrada y salida de las conexiones de entrada.This idyllic picture, however, is not entirely true. Esta imagen idílica, sin embargo, es totalmente cierto. Op-amps, especially those op-amps with bipolar transistor inputs, have to have some amount of current through their input connections in order for their internal circuits to be properly biased. Los amplificadores operacionales, especialmente los amplificadores con entradas de transistor bipolar, tienen que tener cierta cantidad de corriente a través de sus conexiones de entrada para que sus circuitos internos para la correcta sesgada. These currents, logically, are called bias currents . Estas corrientes, lógicamente, se llamancorrientes de polarización. Under certain conditions, op-amp bias currents may be problematic. Bajo ciertas condiciones, amplificador corrientes de polarización puede ser problemático. The following circuit illustrates one of those problem conditions: El circuito siguiente ilustra una de las condiciones del problema:
At first glance, we see no apparent problems with this circuit. A primera vista, no vemos problemas evidentes con este circuito. A thermocouple, generating a small voltage proportional to temperature (actually, a voltage proportional to the difference in temperature between the measurement junction and the "reference" junction formed when the alloy thermocouple wires connect with the copper wires leading to the op-amp) drives the op-amp either positive or negative. Un termopar, lo que genera un pequeño voltaje proporcional a la temperatura (en realidad, una tensión proporcional a la diferencia de temperatura entre la unión de medición y de referencia "la unión se forma cuando los cables de aleación de termopar contactar con los cables de cobre que conduce a la op-amp) unidades el amplificador ya sea positivo o negativo. In other words, this is a kind of comparator circuit, comparing the temperature between the end thermocouple junction and the reference junction (near the op-amp). En otras palabras, se trata de una especie de circuito comparador, comparando la temperatura entre el final de la unión de termopar y la unión de referencia (cerca de la op-amp). The problem is this: the wire loop formed by the thermocouple does not provide a path for both input bias currents, because both bias currents are trying to go the same way (either into the op-amp or out of it). El problema es este: el lazo de alambre formado por el termopar no ofrece un camino para que ambas corrientes de polarización de entrada, ya que tanto las corrientes de polarización están tratando de seguir el mismo camino (ya sea en el amplificador o fuera de él).
In order for this circuit to work properly, we must ground one of the input wires, thus providing a path to (or from) ground for both currents: Para que este circuito funcione correctamente, debemos suelo uno de los cables de entrada, proporcionando así un camino a (o desde) el motivo de ambas corrientes:
Not necessarily an obvious problem, but a very real one! No es necesariamente un problema evidente, pero muy real!
Another way input bias currents may cause trouble is by dropping unwanted voltages across circuit resistances. Otra forma de corrientes de polarización de entrada puede causar problemas es por caer voltajes no deseados a través de las resistencias del circuito. Take this circuit for example: Tome este circuito, por ejemplo:
We expect a voltage follower circuit such as the one above to reproduce the input voltage precisely at the output. Esperamos un circuito seguidor de tensión, como el de arriba para reproducir la tensión de entrada, precisamente en la salida. But what about the resistance in series with the input voltage source? Pero ¿qué pasa con la resistencia en serie con la fuente de voltaje de entrada? If there is any bias current through the noninverting (+) input at all, it will drop some voltage across R in , thus making the voltage at the noninverting input unequal to the actual V in value. Si hay alguna tendencia actual a través de la inversora (entrada +) en todos, se cae un cierto voltaje a través de R en, con lo que la tensión en la entrada no inversora desigual a la Ven valor real. Bias currents are usually in the microamp range, so the voltage drop across R in won't be very much, unless R in is very large. Corrientes de polarización son generalmente en el rango de MICROAMP, por lo que la caída de tensión en R en el que no será mucho, a menos que en R es muy grande. One example of an application where the input resistance (R in ) would be very large is that of pH probe electrodes, where one electrode contains an ion-permeable glass barrier (a very poor conductor, with millions of Ω of resistance).Un ejemplo de una aplicación en la que la resistencia de entrada (en R) sería muy grande es el de la sonda de electrodos de pH, donde se contiene un electrodo ion-permeable barrera de vidrio (un conductor muy pobre, con millones de Ω de resistencia).
If we were actually building an op-amp circuit for pH electrode voltage measurement, we'd probably want to use a FET or MOSFET (IGFET) input op-amp instead of one built with bipolar transistors (for less input bias current). Si fuéramos en realidad la construcción de un circuito op-amp para el electrodo de pH de medición de tensión, es probable que desee utilizar un FET o MOSFET (IGFET) op-amp de entrada en lugar de uno construido con los transistores bipolares (de sesgo menos corriente de entrada). But even then, what slight bias currents may remain can cause measurement errors to occur, so we have to find some way to mitigate them through good design. Pero incluso entonces, lo que las corrientes de polarización puede permanecer leve puede causar errores de medición que se produzca, por lo que tenemos que encontrar la manera de mitigar a través de un buen diseño.
One way to do so is based on the assumption that the two input bias currents will be the same. Una forma de hacerlo se basa en la suposición de que las dos corrientes de polarización de entrada será el mismo. In reality, they are often close to being the same, the difference between them referred to as the input offset current . En realidad, son a menudo cerca de ser el mismo, la diferencia entre ellos denominado el offset de entrada actual. If they are the same, then we should be able to cancel out the effects of input resistance voltage drop by inserting an equal amount of resistance in series with the other input, like this: Si son iguales, entonces tenemos que ser capaces de neutralizar los efectos de la resistencia a la caída de tensión de entrada mediante la inserción de una cantidad igual de la resistencia en serie con la entrada de otros, como este:
With the additional resistance added to the circuit, the output voltage will be closer to V in than before, even if there is some offset between the two input currents. Con la resistencia adicional al circuito, la tensión de salida estará más cerca de V en la que antes, incluso si hay algún desplazamiento entre las dos corrientes de entrada.
For both inverting and noninverting amplifier circuits, the bias current compensating resistor is placed in series with the noninverting (+) input to compensate for bias current voltage drops in the divider network: Para ambos inversora y no inversora circuitos de amplificación, la corriente de resistencia de polarización de compensación se coloca en serie con la no inversora (+) de entrada para compensar la baja corriente de polarización de tensión en la red de divisor de:
In either case, the compensating resistor value is determined by calculating the parallel resistance value of R 1and R 2 . En cualquier caso, el valor de una resistencia de compensación se determinará calculando el valor de la resistencia en paralelo de R 1 y R 2. Why is the value equal to the parallel equivalent of R 1 and R 2 ?¿Por qué es el valor igual al equivalente en paralelo de R 1 y R 2? When using the Superposition Theorem to figure how much voltage drop will be produced by the inverting (-) input's bias current, we treat the bias current as though it were coming from a current source inside the op-amp and short-circuit all voltage sources (V in and V out ). Cuando se usa el teorema de superposición para calcular la caída de tensión mucho cómo será producido por la inversión (-) de polarización de entrada actual, en que tratamos a la tendencia actual, como si viniera de una fuente de corriente en el interior del amplificador y de corta de todas las fuentes de tensión en circuito (V y V out). This gives two parallel paths for bias current (through R 1 and through R 2 , both to ground). Esto nos da dos caminos paralelos para la corriente de polarización (a través de R 1 y R a través de 2, tanto a tierra). We want to duplicate the bias current's effect on the noninverting (+) input, so the resistor value we choose to insert in series with that input needs to be equal to R 1 in parallel with R 2 .Queremos duplicar la actual tendencia de efecto sobre la no inversora (entrada +), por lo que el valor de resistencia que elegimos para insertar en la serie con esa entrada debe ser igual a R 1, en paralelo con R 2.
A related problem, occasionally experienced by students just learning to build operational amplifier circuits, is caused by a lack of a common ground connection to the power supply. Un problema relacionado, a veces experimentado por los estudiantes que están aprendiendo a construir un circuito amplificador operacional, es causada por la falta de una conexión de una base común para el suministro de energía. It is imperative to proper op-amp function that some terminal of the DC power supply be common to the "ground" connection of the input signal(s). Es imperativo op adecuada función de amplificador que algunos terminales de la fuente de alimentación DC ser comunes al "terreno" de conexión de la señal de entrada (s). This provides a complete path for the bias currents, feedback current(s), and for the load (output) current. Esto proporciona una ruta de acceso completa para las corrientes de sesgo, retroalimentación de corriente (s), y para la carga (producción) en curso. Take this circuit illustration, for instance, showing a properly grounded power supply: Tome este ejemplo de circuito, por ejemplo, que muestra una fuente de alimentación correctamente conectada a tierra:
Here, arrows denote the path of electron flow through the power supply batteries, both for powering the op-amp's internal circuitry (the "potentiometer" inside of it that controls output voltage), and for powering the feedback loop of resistors R 1 and R 2 . A continuación, las flechas indican el camino del flujo de electrones a través de las baterías de suministro de energía, tanto para alimentar los circuitos internos de op-amp (el "potenciómetro" dentro de ella, que controla la tensión de salida), y para alimentar el circuito de retorno de las resistencias R 1 y R 2. Suppose, however, that the ground connection for this "split" DC power supply were to be removed. Supongamos, sin embargo, que la conexión a tierra para dividir este "" fuente de alimentación DC iban a ser eliminados. The effect of doing this is profound: El efecto de hacer esto es profundo:
No electrons may flow in or out of the op-amp's output terminal, because the pathway to the power supply is a "dead end." N electrones pueden fluir dentro o fuera de las op-terminal de salida del amplificador, porque el camino a la fuente de alimentación es un "punto muerto". Thus, no electrons flow through the ground connection to the left of R 1 , neither through the feedback loop. Por lo tanto, no hay flujo de electrones a través de la conexión a tierra a la izquierda de R 1, ni a través del bucle de retroalimentación. This effectively renders the op-amp useless: it can neither sustain current through the feedback loop, nor through a grounded load, since there is no connection from any point of the power supply to ground. Esto efectivamente hace que el amplificador inútil: no puede mantener la corriente a través del bucle de retroalimentación, ni a través de una carga a tierra, ya que no hay conexión desde cualquier punto de la fuente de alimentación a tierra.
The bias currents are also stopped, because they rely on a path to the power supply and back to the input source through ground. Las corrientes de polarización también se detuvo, porque se basan en una ruta de acceso a la fuente de alimentación y de nuevo a la fuente de entrada a través de suelo. The following diagram shows the bias currents (only), as they go through the input terminals of the op-amp, through the base terminals of the input transistors, and eventually through the power supply terminal(s) and back to ground. El siguiente diagrama muestra las corrientes de polarización (sólo), ya que pasan por los terminales de entrada del amplificador, a través de los terminales de la base de los transistores de entrada, y finalmente a través del terminal de alimentación (s) y de nuevo a tierra.
Without a ground reference on the power supply, the bias currents will have no complete path for a circuit, and they will halt. Sin una referencia de tierra en el suministro de energía, las corrientes de polarización no tendrá ruta completa de un circuito, y se detendrá. Since bipolar junction transistors are current-controlled devices, this renders the input stage of the op-amp useless as well, as both input transistors will be forced into cutoff by the complete lack of base current. Como los transistores bipolares son actuales dispositivos controlados, esto hace que la etapa de entrada del amplificador inútil, así como los transistores de entrada se verá obligado al corte por la falta completa de la base actual.
- REVIEW: EXAMEN:
- Op-amp inputs usually conduct very small currents, called bias currents , needed to properly bias the first transistor amplifier stage internal to the op-amps' circuitry. Op-entradas del amplificador de conducta generalmente corrientes muy pequeñas, llamadas corrientes de polarización, necesarios para la adecuada sesgo de la primera etapa de amplificador de transistor interno de la op-circuitos amplificadores. Bias currents are small (in the microamp range), but large enough to cause problems in some applications. Corrientes de polarización son pequeños (en el rango de MICROAMP), pero lo suficientemente grande como para causar problemas en algunas aplicaciones.
- Bias currents in both inputs must have paths to flow to either one of the power supply "rails" or to ground. Corrientes de polarización en ambas entradas deben tener caminos para el flujo a uno de la fuente de alimentación "carriles" o al suelo. It is not enough to just have a conductive path from one input to the other. No es suficiente tener un camino conductor de una entrada a la otra.
- To cancel any offset voltages caused by bias current flowing through resistances, just add an equivalent resistance in series with the other op-amp input (called a compensating resistor ). Para cancelar todas las tensiones de desplazamiento causado por el sesgo de corriente que fluye a través de resistencias, simplemente añada una resistencia equivalente en serie con la otra op-entrada del amplificador (llamado de una resistencia de compensación). This corrective measure is based on the assumption that the two input bias currents will be equal. Esta medida correctiva se basa en la suposición de que las dos corrientes de polarización de entrada será la misma.
- Any inequality between bias currents in an op-amp constitutes what is called an input offset current . La desigualdad entre las corrientes de polarización en un amplificador operacional constituye lo que se llama un offset de entrada actual.
- It is essential for proper op-amp operation that there be a ground reference on some terminal of the power supply, to form complete paths for bias currents, feedback current(s), and load current. Es esencial para el funcionamiento adecuado op amp que haya una referencia a tierra en algunos terminales de la fuente de alimentación, para formar rutas completas para las corrientes de polarización, la retroalimentación de corriente (s), y la corriente de carga.
Drift Drift
Being semiconductor devices, op-amps are subject to slight changes in behavior with changes in operating temperature. Ser dispositivos semiconductores, amplificadores operacionales están sujetas a ligeros cambios en el comportamiento con los cambios en la temperatura de funcionamiento. Any changes in op-amp performance with temperature fall under the category of op-amp drift . Cualquier cambio en el rendimiento op-amp con la caída de la temperatura en la categoría de op-amp la deriva. Drift parameters can be specified for bias currents, offset voltage, and the like. Parámetros de enmalle de deriva se puede especificar para las corrientes de polarización, tensión de offset, etc. Consult the manufacturer's data sheet for specifics on any particular op-amp. Consultar la hoja de datos del fabricante para obtener información específica sobre cualquier particular op-amp.To minimize op-amp drift, we can select an op-amp made to have minimum drift, and/or we can do our best to keep the operating temperature as stable as possible. Para minimizar la deriva op-amp, podemos seleccionar un amplificador hecho que deriva mínimo, y / o podemos hacer nuestro mejor esfuerzo para mantener la temperatura de funcionamiento lo más estable posible. The latter action may involve providing some form of temperature control for the inside of the equipment housing the op-amp(s). La última acción puede implicar proporcionar alguna forma de control de temperatura para el interior de la carcasa del equipo de la op-amp (s). This is not as strange as it may first seem. Esto no es tan extraño como puede parecer en primer lugar. Laboratory-standard precision voltage reference generators, for example, are sometimes known to employ "ovens" for keeping their sensitive components (such as zener diodes) at constant temperatures. De laboratorio estándar de voltaje de generadores de precisión de referencia, por ejemplo, a veces son conocidos por emplear los "hornos" para mantener sus componentes sensibles (tales como diodos Zener) a una temperatura constante. If extremely high accuracy is desired over the usual factors of cost and flexibility, this may be an option worth looking at. Si la exactitud muy alta se desea más de los factores habituales de coste y flexibilidad, esto puede ser una opción vale la pena mirar.
- REVIEW: EXAMEN:
- Op-amps, being semiconductor devices, are susceptible to variations in temperature. Amplificadores operacionales, los dispositivos semiconductores que son sensibles a las variaciones en la temperatura.Any variations in amplifier performance resulting from changes in temperature is known as drift .Cualquier variación en el rendimiento del amplificador consecuencia de los cambios de temperatura que se conoce como deriva. Drift is best minimized with environmental temperature control. La deriva es mejor reducir al mínimo con el control de la temperatura ambiental.
Frequency response Respuesta de frecuencia
With their incredibly high differential voltage gains, op-amps are prime candidates for a phenomenon known as feedback oscillation . Con su increíblemente alto ganancias de voltaje diferencial, los amplificadores son los principales candidatos para un fenómeno conocido como la oscilación de votos. You've probably heard the equivalent audio effect when the volume (gain) on a public-address or other microphone amplifier system is turned too high: that high pitched squeal resulting from the sound waveform "feeding back" through the microphone to be amplified again. Usted probablemente ha escuchado el efecto equivalente de audio cuando el volumen (ganancia) en una dirección pública u otro sistema de amplificador de micrófono está encendido demasiado alto: el chillido de tono agudo como consecuencia de la onda de sonido de "realimentación" a través del micrófono para ser amplificado nuevo . An op-amp circuit can manifest this same effect, with the feedback happening electrically rather than audibly. Un circuito op-amp se puede manifestar el mismo efecto, con la retroalimentación ocurre eléctricamente más que audible.A case example of this is seen in the 3130 op-amp, if it is connected as a voltage follower with the bare minimum of wiring connections (the two inputs, output, and the power supply connections). Un ejemplo de este caso es visto en el artículo de la 3130-amplificador, si está conectado como un seguidor de tensión con el mínimo de las conexiones (las dos entradas, salidas y las conexiones de suministro de energía). The output of this op-amp will self-oscillate due to its high gain, no matter what the input voltage. La salida de este amplificador se auto-oscilar, debido a su alta ganancia, no importa lo que la tensión de entrada. To combat this, a small compensation capacitor must be connected to two specially-provided terminals on the op-amp.Para combatir esto, un condensador pequeña compensación debe ser conectado a dos terminales especialmente previstos en el amplificador. The capacitor provides a high-impedance path for negative feedback to occur within the op-amp's circuitry, thus decreasing the AC gain and inhibiting unwanted oscillations. El condensador proporciona una ruta de acceso de alta impedancia para la retroalimentación negativa que se produzca dentro de la op-circuito amplificador, lo que disminuye la ganancia de CA y la inhibición de las oscilaciones no deseadas. If the op-amp is being used to amplify high-frequency signals, this compensation capacitor may not be needed, but it is absolutely essential for DC or low-frequency AC signal operation. Si el amplificador se utiliza para amplificar señales de alta frecuencia, este condensador de compensación puede no ser necesaria, pero es absolutamente esencial para la DC o de baja frecuencia de la señal de CA operación.
Some op-amps, such as the model 741, have a compensation capacitor built in to minimize the need for external components. Algunos amplificadores, tales como el modelo 741, un condensador de compensación construido en reducir al mínimo la necesidad de componentes externos. This improved simplicity is not without a cost: due to that capacitor's presence inside the op-amp, the negative feedback tends to get stronger as the operating frequency increases (that capacitor's reactance decreases with higher frequencies). Esta simplicidad es mejor no sin un costo: debido a que la presencia de condensador en el interior del amplificador, la retroalimentación negativa tiende a ser más fuerte a medida que aumenta la frecuencia de funcionamiento (que disminuye la reactancia capacitor con frecuencias más altas). As a result, the op-amp's differential voltage gain decreases as frequency goes up: it becomes a less effective amplifier at higher frequencies. Como resultado, la op-disminuye la tensión diferencial amplificador ganancia como la frecuencia aumenta: se convierte en un amplificador de menos eficaz en las frecuencias más altas.
Op-amp manufacturers will publish the frequency response curves for their products. Op-amp fabricantes publicará las curvas de respuesta de frecuencia de sus productos. Since a sufficiently high differential gain is absolutely essential to good feedback operation in op-amp circuits, the gain/frequency response of an op-amp effectively limits its "bandwidth" of operation. Dado que una ganancia diferencial suficientemente alto es absolutamente esencial para el funcionamiento de votos bien en circuitos op-amp, la ganancia / respuesta de frecuencia de un amplificador de manera efectiva los límites de su "ancho de banda" de la operación. The circuit designer must take this into account if good performance is to be maintained over the required range of signal frequencies. El diseñador de circuitos deben tener esto en cuenta si el rendimiento es bueno que se mantenga en el rango requerido de las frecuencias de la señal.
- REVIEW: EXAMEN:
- Due to capacitances within op-amps, their differential voltage gain tends to decrease as the input frequency increases. Debido a las capacidades amplificadores de op-, su ganancia de tensión diferencial tiende a disminuir a medida que aumenta la frecuencia de entrada. Frequency response curves for op-amps are available from the manufacturer. Curvas de respuesta de frecuencia de los amplificadores están disponibles desde el fabricante.
Input to output phase shift De entrada a cambio de fase de salida
In order to illustrate the phase shift from input to output of an operational amplifier (op-amp), the OPA227 was tested in our lab. A fin de ilustrar el cambio de fase de entrada como de salida de un amplificador operacional (op-amp), el OPA227 fue probado en nuestro laboratorio. The OPA227 was constructed in a typical non-inverting configuration (Figure below ). El OPA227 fue construido en una típica configuración inversora (figura a continuación).
OPA227 Non-inverting stage OPA227 sin inversión etapa
The circuit configuration calls for a signal gain of ≅34 V/V or ≅50 dB. La configuración del circuito requiere una ganancia de la señal de ≅ 34 V / V o ≅ 50 dB. The input excitation at Vsrc was set to 10 mVp, and three frequencies of interest: 2.2 kHz, 22 kHz, and 220 MHz. La excitación de entrada en Vsrc se fijó al 10 de MVP, y tres frecuencias de interés: 2,2 kHz, 22 kHz, y 220 MHz. The OPA227's open loop gain and phase curve vs. frequency is shown in Figure below . La ganancia de bucle abierto OPA227 y la curva de fase vs frecuencia se muestra en la figura a continuación.
A V and Φ vs. Frequency plot A V y Φ vs parcela de frecuencia
To help predict the closed loop phase shift from input to output, we can use the open loop gain and phase curve. Para ayudar a predecir el cierre de cambio de fase del bucle de entrada como de salida, podemos utilizar la ganancia de bucle abierto y la curva de fase. Since the circuit configuration calls for a closed loop gain, or 1/β, of ≅50 dB, the closed loop gain curve intersects the open loop gain curve at approximately 22 kHz. Dado que la configuración del circuito requiere una ganancia de bucle cerrado, o 1 / β, de ≅ 50 dB, la curva de ganancia de bucle cerrado corta a la curva de ganancia de bucle abierto en aproximadamente 22 kHz.After this intersection, the closed loop gain curve rolls off at the typical 20 dB/decade for voltage feedback amplifiers, and follows the open loop gain curve. Después de esta intersección, la curva de ganancia de bucle cerrado rollos de baja en la corriente de 20 dB / década para los amplificadores de realimentación de tensión, y sigue la curva de ganancia de bucle abierto.
What is actually at work here is the negative feedback from the closed loop modifies the open loop response.¿Qué es en realidad en el trabajo aquí es la retroalimentación negativa de la de bucle cerrado modifica la respuesta de lazo abierto. Closing the loop with negative feedback establishes a closed loop pole at 22 kHz.Cerrando el ciclo con retroalimentación negativa establece un polo de lazo cerrado a 22 kHz. Much like the dominant pole in the open loop phase curve, we will expect phase shift in the closed loop response. Al igual que el polo dominante en la curva de ciclo abierto de fase, vamos a esperar de cambio de fase en la respuesta de bucle cerrado. How much phase shift will we see? ¿Cómo cambio de fase mucho más veremos?
Since the new pole is now at 22 kHz, this is also the -3 dB point as the pole starts to roll off the closed loop again at 20 dB per decade as stated earlier. Dado que el nuevo polo se encuentra ahora en 22 kHz, éste es también el punto de -3 dB como el polo comience a rodar el circuito cerrado de nuevo a 20 dB por década, como se dijo anteriormente. As with any pole in basic control theory, phase shift starts to occur one decade in frequency before the pole, and ends at 90 o of phase shift one decade in frequency after the pole. Como con cualquier palo en la teoría de control básica, de cambio de fase comienza a producirse una década en la frecuencia de antes de la pole, y termina a las 90 o de cambio de fase en la frecuencia de una década después de la pole. So what does this predict for the closed loop response in our circuit? ¿Qué significa esto para predecir la respuesta a lazo cerrado en nuestro circuito?
This will predict phase shift starting at 2.2 kHz, with 45 o of phase shift at the -3 dB point of 22 kHz, and finally ending with 90 o of phase shift at 220 kHz. Esto predecir cambio de fase a partir de 2,2 kHz, con 45 ode cambio de fase en el punto de -3 dB de 22 kHz, y, finalmente, termina en 90 o de cambio de fase de 220 kHz. The three Figures shown below are oscilloscope captures at the frequencies of interest for our OPA227 circuit. Las tres figuras se muestra a continuación se recoge un osciloscopio en las frecuencias de interés para nuestro circuito OPA227. Figure below is set for 2.2 kHz, and no noticeable phase shift is present. La figura a continuación se establece en el 2,2 kHz, y no hay cambio de fase sensible está presente. Figure below is set for 220 kHz, and ≅45 o of phase shift is recorded. La figura a continuación se establece para 220 kHz, y ≅ 45 o de cambio de fase se registra. Finally, Figure below is set for 220 MHz, and the expected ≅90 o of phase shift is recorded. Por último, la figura a continuación se establece para 220 MHz, y la espera ≅ 90 o de cambio de fase se registra. The scope plots were captured using a LeCroy 44x Wavesurfer. Las parcelas fueron capturados ámbito de aplicación mediante un Wavesurfer 44x LeCroy. The final scope plot used a x1 probe with the trigger set to HF reject. La parcela alcance final utilizó una sonda x1 con el disparador establece HF rechazar.
OPA227 Av=50dB @ 2.2 kHz OPA227 Av = 50dB@2.2 kHz
OPA227 Av=50dB @ 22 kHz OPA227 Av = 50 dB @ 22 kHz
CAICEDO S. OSIRIS A.
http://translate.google.co.ve/translate?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://www.allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_8/9.html
Discover the new Windows Vista Learn more!
Suscribirse a:
Entradas (Atom)