Piirin vahvistuksen kaistanleveystuotteen parantamisen lisäksi vahvistimen jakaminen useisiin vaiheisiin antaa sinun valita erilaisia ​​op-vahvistimia, jotka on suunniteltu ylittämään tietyt ominaisuudet. Voit esimerkiksi valita ensimmäiselle vaiheelle op-vahvistimen, jolla on hyvät tulo-ominaisuudet (ts. Matala offset, hiljainen jne.) Ja (mahdollisesti erilaiset) op-vahvistimen, jolla on hyvät lähtöominaisuudet (suurin lähtöjännitteen heilahdus, suurin lähtövirta, jne.) viimeiselle vaiheelle. Vain yhden vaiheen avulla sinun on löydettävä jack-of-all-trade -op-vahvistin, jolla on riittävän hyvät tulo- ja lähtöominaisuudet (puhumattakaan riittävän suuresta vahvistuksen kaistanleveyden tuotteesta).

Ensimmäisen vaiheen op-vahvistimen tulo-ominaisuudet ovat tärkeimmät, koska kaikki kyseisen op-vahvistimen tulo-idealiteetit (offset, kohina jne.) vahvistuvat täysin signaalin mukana (koska ne vahvistetaan kaikissa vaiheissa). Toisen, kolmannen jne. Vaiheen op-vahvistimien epäideaalisuudet eivät vahvistu kokonaan, eivätkä ne ole niin huolestuttavia. Ensimmäisen vaiheen op-vahvistin sitä vastoin ei tarvitse hyviä lähtöominaisuuksia, koska sen lähtö ei heilahda yhtä paljon kuin myöhemmissä vaiheissa ja ajaa suhteellisen suurta impedanssikuormitusta (seuraava op-vahvistusvaihe).

Viimeisen vaiheen op-vahvistimella voi olla huonimmat tulo-ominaisuudet, koska sen tulossa oleva signaali on lähes täysin vahvistettu ja paljon suurempi kuin op-vahvistimen offset, kohina jne. Viimeisen vaiheen op-vahvistin tarvitsee kuitenkin hyvät lähtöominaisuudet. Esimerkiksi op-vahvistimen maksimilähtöjännitteen heilahduksen on oltava riittävä vaadittavalle signaalin lähtöjännitteen vaihtelulle (tapauksessasi 8 Vrms), ja sillä on oltava riittävä taajuus vahvistetulle signaalillesi. Viimeisen vaiheen op-vahvistimen on ehkä myös käytettävä matalaa impedanssikuormitusta, jolloin sen on pystyttävä hankkimaan / upottamaan enemmän lähtövirtaa.

Jos melu on huolenaihe, voit myös harkita ylimääräisten op-vahvistimen aktiivisten kaistanpäästösuodatinvaiheiden käyttöä kaistan ulkopuolisen melun vähentämiseksi. Nämä vaiheet eivät välttämättä tarjoa signaalinvahvistusta, mutta ne parantavat kokonaisvahvistimen suorituskykyä.

Konkreettisen esimerkin vuoksi suunnittelin kerran hiljaisen mikrofonin esivahvistimen TLE2027 matalan melutason tarkkuusop-vahvistimen pohjalta. Sillä on erittäin hyvät syöttöominaisuudet, mutta sen lähtöominaisuudet eivät ole parhaat. Erityisesti sen taatun nopeuden taataan olevan vain luokkaa \ $ 1 \ text {V} / {\ mu \ text {s}} \ $ lämpötilan yli (tekninen raja vaihtelee versioittain - katso tietolomake). 8 Vrms-ulostulosignaalille, jonka taajuus on 20 kHz, tarvitaan kuitenkin taaksepäin \ $ 8 \ teksti {V} \ kertaa \ sqrt {2} \ kertaa 2 \ pi \ kertaa 20 {\ teksti {kHz}} \ noin 1,4 \ text {V} / {\ mu \ text {s}} \ $. Se ei myöskään ole kisko-kisko ulostulossa - lähtösignaali voidaan leikata tällä op-vahvistimella syöttöjännitteestä riippuen (esim. Jos käytit 9 V: n paristoja). Sinun on todennäköisesti käytettävä toista op-vahvistinta vahvistimen viimeisessä vaiheessa.

Noise:

Sano, että opampisi GBW on 10 MHz ja kohina 1µV (pitää asiat yksinkertaisina). Lähteessä on myös 1µV RMS-kohinaa.

Jokainen opamp vahvistaa omaa melua piirin kohinan vahvistuksella sekä kaiken ylävirran melulla, tietysti piirin vahvistuksella. Joten haluat, että ensimmäisen vaiheen vahvistus on riittävän suuri (sanotaan vähintään 10) niin, että lähteen ja ensimmäisen opampin melu (jotka nyt vahvistetaan 10x) hallitsevat muiden alavirran opampien lisäämää melua. p>

Joten, tässä:

• sanomme, että haluamme 100: n vahvistuksen, 1. opampilla on voitto G1 = 10, toisella on voitto G2 = 10.

Ensimmäinen opamp vahvistaa lähdekohinaa (1µV), plus sen oma (1µV) G1: llä, tämä summautuu RMS: ään, joten OPA1: n ulostulossa saimme 14µV, G2 vahvistaa sitten tätä ja meillä on 141,7µV kohinaa tuotos.

• G1 = 1, G2 = 100

Ensimmäinen opamp lisää yksinkertaisesti oman melunsa lähteeseen (1,4µV ulostulossa), sitten toinen opamp lisää oman kohinansa ja vahvistaa 100x. Lähdössä saadaan 172µV kohinaa.

Tällä on merkitystä vain, jos lähde on hiljainen. Jos lähdekohina on korkeampi kuin mitä OPA1 lisää, niin sillä on paljon vähemmän merkitystä.

Huomaa: Tämä koskee myös offset-jännitettä, joka voi joskus olla kaupan rikkoja.

D-vääristymä:

Opampisi GBW on 10 MHz. Haluat voittoa 160–2000.

Yhdellä opampilla vietät 2000 GBW: stä voittoon. Joten vain 10M / 2000 = 5kHz GBW on jäljellä vääristymien korjaamiseksi ja mikä vielä tärkeämpää, signaalin tosiasialliseksi käsittelemiseksi!

Tässä piirin suljetun silmukan kaistanleveys on noin 5 kHz ja kammottava vääristymä muutaman sadan hertzin yläpuolella, koska silmukan vahvistusta opampin epälineaarisuuksien korjaamiseksi on hyvin vähän.

Jos molemmat opampit ovat identtiset, paras vääristymä saavutetaan saamalla heidät jakamaan voitto tasaisesti eli molemmilla vahvistuksella 44, jonka tulo on 1936.

Tämä voi häiritä melunäkökohtia, mutta tässä tapauksessa sen ei pitäisi.

Jos tämä on tarkkuustasavirtaa varten, muista, että suljetun silmukan vahvistustarkkuus riippuu käytettävissä olevasta avoimen silmukan vahvistuksesta (GBW jaettuna vahvistuksella).

Gotchas

Ensimmäisen opampin ei tarvitse olla kisko-kisko eikä korkea lähtövirta, mikä antaa laajemman valikoiman hiljaisia tai tarkkoja opampeja.Sen lähtövirta-asema ja kääntötaajuus on vähemmän kuin toinen opamp (katso Nullin vastaus).

Toisella vahvistimella ei tarvitse olla tarkkaa syöttöastetta, sen ei tarvitse olla myöskään FET, koska sitä ohjataan matalalla impedanssilla.Sillä voi olla vahva lähtöteho tai kiskolta kiskolle tarvittaessa.Tai se voi olla vain halvempaa ...

Mutta ... syöttövaiheen yhteisen tilan vääristyminen ei-käänteisessä tilassa on huonompi toisessa opampissa (hyvä asia, että se ei ole JFET sitten).

Voidaanko suunnittelusi [Av = 2000x, DC - 20KHz + -0,1dB, SNR = 120dB (20-bittinen lattia)] suorittaa yhdellä OpAmp: lla? Onko tämä 20 tai 24-bittistä ääntä?

muokkaa [voiko yksi opamp ajaa ADC: n näytteenpitopiirin ADC-tulolatausvaatimukset, silti ratkaista hyvin nopeasti?]

^{simuloi tätä virtapiiriä - Kaavio luotu käyttämällä CircuitLab}

Ensinnäkin, mitä Rnoisia tarvitaan? Kun 120 dB: n kohina on alle 4 millivoltin tehollisarvo, tarvitset 4 nano-volttia YHTEENSÄ INTEGROITUA TULO-VIITETTÄVIÄ MELUA. Toisin sanoen kohinan on oltava 10 ^ -6 pienempi kuin pienin tulotaso; 4mV * 1e-6 = 4 nanoVolttia RMS. 20 kHz: n kaistanleveydellä. Rnoise-arvon (kaikkien ensimmäisen vaiheen kaikkien satunnaisten kohinan tekijöiden summa) laskemiseksi jaetaan integroitu sisäänmenoon liittyvä kokonaismelu kaistanleveyden neliöjuurella seuraavasti: 4nV / sqrt (20000) = 4nV / 141 = 30 picoVolt-melutiheys juurihertsiä kohden . Kun 66 ohmin Rnoise tuottaa kohinan tiheyden 1 nanovoltia / rtHz, ja 66 milliOhmin Rnoise (kyllä, << yksi ohm), joka tuottaa 1nV / sqrt (1000) = 33 picoVolttia, et voi saavuttaa 120 dB SNR: ää vain 4 millivoltin RMS-tulosignaalilla. Miksi? alin OpAmp Rnoise on noin 10 ohmia ja tavallisesti 50 ohmia; ulkoisten vahvistusvastusten on oltava melko suuria [>>> 66 milliOhmia, jotta vältetään lämpövääristymät; Silti sinun on sisällytettävä lähtöpuskurit opampin jälkeen lämpövääristymien välttämiseksi].

Nyt OpAmp: n UnityGainBandWidth: tarvitset noin 200KHz: n F3dB: n, jotta sinulla on 20KHz + -0,1dB. Ja haluat tarkkuuden 2000X. UGBW on F3dB * Av = 200,000Hz * 2000 = 400,000,000. Opampin käyttö niin korkealla UGBW: llä on valtava haaste.

Jos haluat stereokuvan, tarvitset vasemman ja oikean kanavan vahvistuksen / vaiheen, joten opampisi tarvitsevat tarpeeksi ylimääräistä vahvistusta voidakseen tarkasti säätää vahvistusta / vaihetta jopa 20 000 Hz: iin asti. Tarkka? 0,1 dB? joka sijoittaa F3dB: n taajuudelle 200 000 Hz. 10 MHz: n UGBW-opamppi sallii 1000000/200000 = 50X: n vahvistuksen.

Mitä on järkevää yrittää? Monivaiheinen opamp-signaaliketju; ensimmäinen opamp, jonka Rnoise on 50 tai 60 ohmia ja UGBW 10 MHz; tarvitset 50 m * 50 X = 2,5 volttia RMS-lähtöä 20 kHz: n taajuudella. SlewRate on 2,5 * 1,414 * 20000 * 6,28 = 500000 volttia / sekunti. Siitä ensimmäisestä opampista.

Ensimmäisen ja toisen opampin väliin tarvitset jonkin tyyppisen muuttuvan vaimennimen, eli äänenvoimakkuuden säädön.

2. opamp voi olla sama kuin ensimmäinen, vähintään 15 volttia / uS: n kääntönopeudella. Walt Jungilla on neuvoja opampien poimimisesta, jotta vääristymät ovat pienet korkeilla sormitaajuuksilla.

Tulos? tarkkuusvahvistus 2500x tai 2000x; SNR 4mV / (1nV * sqrt (20000) tai 4mVolt / 141nanoVolt tai 28000 (89dB SNR). SlewRate-vääristymä on sinun tehtäväsi.

muokkaa

Jos tämän 8 voltin RMS-lähdön täytyy ajaa ADC: tä, ADC vaatii näytteenottovirtapiirejä ja OpAmp: n täytyy ASETTAA takaisin perusjännitteelle luokkaa 0,1 sekuntia. Näytteenottovirtapiirit häiritsevät VDD-suodattimia ja aiheuttavat soittoäänen. Et halua vahvistaa tätä sointia, joten KOLMEN opampia vaikuttavat tarkoituksenmukaisilta.