egyszerű Op erősítő mérések
az Op erősítők nagyon nagy erősítésű erősítők differenciál bemenetekkel és egyvégű kimenetekkel. Gyakran használják nagy pontosságú analóg áramkörökben, ezért fontos a teljesítményük pontos mérése. De a nyílt hurkú méréseknél a nagy nyitott hurkú nyereségük, amely akár 107 vagy annál is nagyobb lehet, nagyon megnehezíti az erősítő bemenetén lévő nagyon kis feszültségek hibáinak elkerülését a pickup, a kóbor áramok vagy a Seebeck (hőelem) hatás miatt.
a mérési folyamat nagymértékben leegyszerűsíthető egy szervóhurok alkalmazásával, amely nullát kényszerít az erősítő bemenetére, ezáltal lehetővé téve a vizsgált erősítő számára, hogy lényegében megmérje saját hibáit. Az 1. ábra egy sokoldalú áramkört mutat, amely ezt az elvet alkalmazza, egy kiegészítő op erősítőt alkalmazva integrátorként egy stabil hurok létrehozására, nagyon nagy dc nyitott hurkú erősítéssel. A kapcsolók megkönnyítik a következő egyszerűsített ábrákon leírt különféle tesztek végrehajtását.
az 1.ábra szerinti áramkör minimalizálja a mérési hibák nagy részét, és lehetővé teszi nagyszámú dc—és néhány ac—paraméter pontos mérését. A kiegészítő” kiegészítő ” op erősítőnek nincs szüksége jobb teljesítményre, mint a mért op erősítőnek. Hasznos, ha egyenáramú nyitott hurkú nyeresége legalább egymillió; ha a vizsgált eszköz eltolása (DUT) valószínűleg meghalad néhány mV-ot, akkor a kiegészítő op erősítőt 6-15 V-os tápegységről kell működtetni (és ha a DUT bemeneti eltolása meghaladhatja a 10 mV-ot, akkor a 99,9 k-os R3-os ellenállást csökkenteni kell).
a DUT tápfeszültsége, +V és –V, egyenlő nagyságú és ellentétes előjelű. A teljes tápfeszültség az, természetesen, 2 ^ V. szimmetrikus tápegységeket használnak, még ezzel az áramkörrel ellátott “egyellátó” op erősítőkkel is, mivel a rendszer földi referenciája a tápegységek középpontja.
a kiegészítő erősítő, mint integrátor, nyílt hurkú (teljes erősítésű) dc-n van konfigurálva, de bemeneti ellenállása és visszacsatoló kondenzátora néhány Hz-re korlátozza sávszélességét. Ez azt jelenti, hogy a DUT kimenetén lévő egyenfeszültséget a segéderősítő teljes erősítésével felerősítik, és egy 1000:1 csillapítón keresztül a DUT nem invertáló bemenetére alkalmazzák. A negatív visszacsatolás a DUT kimenetét a földi potenciálra kényszeríti. (Valójában a tényleges feszültség a segéderősítő eltolt feszültsége—vagy ha igazán aprólékosak akarunk lenni, akkor ez az eltolás plusz a 100 k-os ellenállás feszültségesése a segéderősítő előfeszítő áramának köszönhetően—, de ez elég közel van a földhöz, hogy lényegtelen legyen, különösen mivel a mérések során ennek a pontnak a feszültsége valószínűleg nem haladja meg a néhány mikrovoltot).
a TP1 tesztpont feszültsége a DUT bemenetére alkalmazott korrekciós feszültség 1000-szerese (nagyságrendileg megegyezik a hibával). Ez több tíz mV vagy több lesz, így nagyon könnyű mérni.
egy ideális op erősítőnek nulla eltolási feszültsége van (vos); vagyis ha mindkét bemenet össze van kötve és a tápegységek között félúton van feszültség, akkor a kimeneti feszültségnek is félúton kell lennie a tápegységek között. A való életben, az op erősítők eltolása néhány mikrovolttól néhány millivoltig terjed—tehát ebben a tartományban feszültséget kell alkalmazni a bemenetre, hogy a kimenet a félúton lévő potenciálhoz jusson.
a 2. ábra a legalapvetőbb teszt—eltolás mérés konfigurációját mutatja. A DUT kimeneti feszültség a földön van, amikor a TP1 feszültsége az eltolás 1000-szerese.
az ideális op erősítő végtelen bemeneti impedanciával rendelkezik, bemeneteiben nincs áram. A valóságban kis “torzító” áramok áramlanak az invertáló és a nem invertáló bemenetekben (Ib– és Ib+); jelentős eltolódásokat okozhatnak a nagy impedanciájú áramkörökben. Az op erősítő típusától függően néhány femtoampertől (1 fA = 10-15 a—néhány mikroszekundumonként egy elektron) néhány nanoamperig, vagy akár—néhány nagyon gyors op erősítőben—egy vagy két mikroamperig terjedhetnek. A 3. ábra bemutatja, hogyan lehet ezeket az áramokat mérni.
az áramkör megegyezik a 2. ábra offset áramkörével, két ellenállás hozzáadásával, R6 és R7, sorban a DUT bemenetekkel. Ezeket az ellenállásokat az S1 és S2 kapcsolók rövidre zárhatják. Ha mindkét kapcsoló zárva van, az áramkör megegyezik a 2.ábrával. Amikor az S1 nyitva van, az invertáló bemenetből származó előfeszítő áram Rs-ben áramlik, és a feszültségkülönbség növeli az eltolást. A TP1 feszültségváltozásának mérésével (=1000 Ib–Rs) kiszámíthatjuk az Ib– értéket; Hasonlóképpen, az S1 bezárásával és az S2 kinyitásával mérhetjük az Ib+értéket. Ha a feszültséget TP1-nél mérik, S1 és S2 mindkettő zárt, majd mindkettő nyitva van, akkor a “bemeneti eltolási áram”, az Ios, az Ib+ és az Ib– közötti különbség a változással mérhető. Az alkalmazott R6 és R7 értékek a mérendő áramoktól függenek.
az 5 pA vagy annál kisebb nagyságrendű Ib értékeknél meglehetősen nehéz lesz ezt az áramkört használni az érintett nagy ellenállások miatt; más technikákra lehet szükség, valószínűleg magában foglalva azt a sebességet, amellyel az Ib alacsony szivárgású kondenzátorokat tölt (amelyek helyettesítik az Rs-t).
amikor az S1 és az S2 zárva van, az Ios még mindig a 100-os Ellenállásokban áramlik, és hibát vezet be a Vos-ban, de hacsak az Ios nem elég nagy ahhoz, hogy a mért Vos 1% – ánál nagyobb hibát okozzon, általában figyelmen kívül hagyható ebben a számításban.
az op erősítő nyitott hurkú egyenáramú nyeresége nagyon magas lehet; a 107-nél nagyobb nyereség nem ismeretlen, de a 250 000 és 2 000 000 közötti értékek gyakoribbak. Az egyenáramú erősítést úgy mérjük, hogy a DUT kimenetét egy ismert mennyiséggel kényszerítjük mozgásra (1 V A 4.ábrán, de 10 V, ha az eszköz elég nagy tápellátással működik ahhoz, hogy ezt lehetővé tegye) az R5 váltásával a DUT kimenet és egy 1 V-os referencia között S6. Ha az R5 +1 V-nál van, akkor a DUT kimenetnek -1 V-ra kell mozognia, ha a segéderősítő bemenete nulla közelében változatlan marad.
a TP1 feszültségváltozása, 1000:1-gyel csillapítva, a DUT bemenete, amely 1 V-os kimeneti változást okoz. Ez egyszerű kiszámítani a nyereség ebből (=1000 db 1 V / TP1).
a nyitott hurkú váltóáramú erősítés méréséhez a DUT bemenetre a kívánt frekvenciájú kis váltóáramú jelet kell befecskendezni, és a kapott jelet annak kimenetén kell megmérni (TP2 az 5.ábrán). Amíg ez megtörténik, a segéderősítő továbbra is stabilizálja az átlagos dc szintet a DUT kimeneten.
az 5.ábrán az ac jelet a DUT bemenetre egy 10 000:1 arányú csillapítón keresztül alkalmazzuk. Ez a nagy érték alacsony frekvenciájú mérésekhez szükséges, ahol a nyílt hurkú nyereség közel lehet A dc értékhez. (Például olyan frekvencián, ahol az erősítés 1 000 000, egy 1 V rms jel 100-at alkalmazna 6V az erősítő bemenetén, amely telítené az erősítőt, mivel 100 V rms kimenetet kíván leadni). Tehát az ac méréseket általában néhány száz Hz-es frekvencián hajtják végre arra a frekvenciára, amelyen a nyílt hurkú erősítés egységbe esett-vagy nagyon óvatosan alacsonyabb bemeneti amplitúdókkal, ha alacsony frekvenciájú erősítési adatokra van szükség. A bemutatott egyszerű csillapító csak körülbelül 100 kHz frekvencián működik, még akkor is, ha nagy gondot fordítanak a kóbor kapacitásra; magasabb frekvenciákon összetettebb áramkörre lenne szükség.
az op erősítő közös módú elutasítási aránya (CMRR) a közös módú feszültség változásából eredő eltolás látszólagos változásának aránya a közös módú feszültség alkalmazott változásához. Dc-nél gyakran 80-120 dB nagyságrendű, de magasabb frekvenciákon alacsonyabb.
a vizsgálati áramkör ideális a CMRR mérésére (6.ábra). A közös üzemmódú feszültséget nem alkalmazzák a DUT bemeneti kapcsokra, ahol az alacsony szintű hatások valószínűleg megzavarnák a mérést, de a tápfeszültség megváltozik (ugyanabban-azaz., közös irány, a bemenethez viszonyítva), míg az áramkör fennmaradó része zavartalanul marad.
a 6.ábra szerinti áramkörben az eltolást TP1-nél kell mérni, ha a tápellátás (a példában +2,5 V és -2,5 V), majd mindkét tápellátást +1 V-val +3,5 V-ra és -1,5 V-ra) emelkedik. Az eltolás változása megfelel a közös mód 1 V változásának, tehát a dc CMRR az eltolás változásának aránya 1 V.
a CMRR az eltolás változását jelenti a közös mód megváltoztatásakor, a teljes tápfeszültség változatlan. A tápellátás elutasítási aránya (PSRR) viszont az eltolás változásának aránya a teljes tápfeszültség változásához, a közös üzemmódú feszültség változatlan marad a tápellátás közepén (7.ábra).
az alkalmazott áramkör pontosan ugyanaz; a különbség az, hogy a teljes tápfeszültség megváltozik, míg a közös szint változatlan. Itt a kapcsoló +2.5 V és -2,5 V + 3 V és -3 V, A teljes tápfeszültség változása 5 V-ról 6 V-ra. A számítás is ugyanaz (1000 db TP1/1 V).
az ac CMRR és PSRR méréséhez a tápfeszültségeket feszültségekkel moduláljuk, amint azt a 8.és a 9. ábra mutatja. A DUT továbbra is nyitott hurokkal működik dc-nél, de az ac negatív visszacsatolás pontos erősítést határoz meg (a diagramokban 100.
az ac CMRR méréséhez a DUT pozitív és negatív ellátásait 1-V csúcs amplitúdójú váltakozó feszültséggel moduláljuk. Mindkét ellátás modulációja ugyanaz a fázis, így a tényleges tápfeszültség állandó dc, de a közös módú feszültség a szinuszhullám nak,-nek 2V p-p, ami miatt a DUT kimenet váltakozó feszültséget tartalmaz, amelyet a TP2.
ha a TP2-nél az ac feszültség amplitúdója x volt csúcs (2x volt csúcs-csúcs), akkor a CMRR, a DUT bemenetre utal (vagyis a 100 ac erősítés előtt) x/100 V, A CMRR pedig ennek az 1 V-os csúcshoz viszonyított aránya.
az AC PSRR-t úgy mérjük, hogy az ac a pozitív és negatív tápegységeken fázison kívül 180 db. Ez azt eredményezi, hogy a tápfeszültség amplitúdója modulálódik (ismét a példában 1 V csúcs, 2 V p-p), miközben a közös üzemmódú feszültség állandó marad dc-nél. A számítás nagyon hasonló az előzőhöz.
következtetés
természetesen sok más op amp paraméter is mérhető, és számos más mérési módszer is, amelyekről beszéltünk, de a legalapvetőbb dc és ac paraméterek, mint láttuk, megbízhatóan mérhetők egy egyszerű alapáramkörrel, amely könnyen felépíthető, könnyen érthető és figyelemre méltóan mentes a problémáktól.
2018.Január: a C1=1UF-ot C1=5uf-ra változtattuk. Kiderült, hogy a kiegészítő Op Amp integrátornak még mindig elegendő nyeresége van ahhoz, hogy akár 10db-es vagy körülbelül 40Hz-es zárt looppeaking 40Hz-es Oszcillációvá váljon.
a szimuláció azt mutatja, hogy megakadályozható a pólusfrekvencia 5-ös tényezővel történő csökkentésével.