Всё про операционный усилитель.

[Леонид Иванович]

Если взять слишком мало, перегрузится выход усилителя или вырастут искажения. Если взять слишком много, будут сильно влиять паразитные емкости монтажа. А еще входной ток ОУ даст смещение нуля.

[ArtDen]

Интересно, почему вот в этой схеме:



конечный усилитель собран на 3-х ОУ (IC1b, IC2a, IC2b)? Каждый усиливает в 10 раз. Можно же было усилить одним каскадом в 1000 раз?

С ОУ почти не имел дела, знаю про него только теорию. Поэтому заранее извиняюсь за возможно глупый вопрос.

[Леонид Иванович]

Можно. Но полоса будет уже.

[YS]

Подозреваю, что тут это связано с вопросами устойчивости и/или коэффициентом шума схемы. Ну и чем выше усиление, тем меньше доступная полоса частот, да.

[Enman]

При усилении в 10 раз (20 дБ) - полоса пропускания 600 кГц, а при усилении в 1000 (60 дБ)- 2 кГц...

Искажения. стабильность и т.д.

[YS]

Гм, судя по графику, этот ОУ абсолютно стабилен во всех режимах. Так что, похоже, все таки основная причина - полоса частот.

Впрочем, на схеме резисторы обратной связи все же зачем-то дополнительно зашунтированы конденсаторами, несмотря на стабильность ОУ...

[SmarTrunk]

Впрочем, на схеме резисторы обратной связи все же зачем-то дополнительно зашунтированы конденсаторами, несмотря на стабильность ОУ...

Ну так, запас по устойчивости не помешает, да и зачем лишняя полоса - усиливать возможные наводки от ДВ-радио?

Еще, чем глубже ООС (она глубже при меньшем усилении каскада), тем меньше сказывается нелинейность самого ОУ, и меньше искажений.

[ArtDen]

Ясно, спасибо за полезные сведения. Думаю, что судя по тому, что искажения в этой схеме не так важны, то несколько каскадов усиления сделаны только ради полосы пропускания.

ЗЫ: кстати, а как внешне может проявляется нестабильность операционного усилителя?

[Gudd-Head]

как внешне может проявляется нестабильность операционного усилителя?

Генерация, большое потребление тока и как следствие нагрев.

[YS]

кстати, а как внешне может проявляется нестабильность операционного усилителя?

Посмотрим на схему классического дифференциатора, как на более всего подверженную неустойчивости и всяким наводкам:



Соберем:



Выведен выход и виртуальная земля - мерял относительно нее. Вход просто подтянут к земле резистором 110 кОм, как видно из схемы выше.

Выходной сигнал (при не подключенном входе!) без С2:



Шумы, наводки и куча всего непонятно чего. Всплески с периодичностью 100 Гц - скорее всего наводки от сети, конечно. А вот все остальное - чисто приколы самого ОУ. Питал я, как видно, от батареи, так что наводки от источника исключены абсолютно. Там еще и какие-то пики проскакивали, но на скриншоте я их не поймал.

Ставим конденсатор и (курсоры оставлены на месте для масштаба)...



Померяем:



Это все, напоминаю, при входе, не подключенном никуда, а просто подтянутом к нулю. Такие дела. По хорошему, для реального применения эту схему, наверное, надо было бы даже экранировать. Ну и фильтр по питанию поставить, конечно, и так далее... А в том включении, которое рисуют в учебниках, без дополнительных элементов, получается именно так.

[ArtDen]

Как я понял, без входного резистора в цепи инвертируещего входа, при низком сопротивлении источника, усиление каскада будет стремится к бесконечности

Кстати, а какой характер шума при возбуждении? Можно растянуть осциллограмму по горизонтали?

[КРАМ]

Кстати, а какой характер шума при возбуждении?

При возбуждении нет никакого шума, а есть ГЕНЕРАЦИЯ. Генерация может происходить как на одной частоте, тогда там будет синус, так и на нескольких, тогда там будет некий плохо синхронизируемый, но ПЕРИОДИЧЕСКИЙ сигнал.
Генерация может перейти в релаксацию, тогда выходной сигнал становится импульсным (как вариант - меандром). Но амплитуда импульсов при релаксации равна полному питанию схемы.
ЗЫ. При макетировании схемы можно принять за генерацию наводку от ближайшей мощной радиовещательной станции, сетевых преобразователей ШИМ или оффсвичеров или вообще наводки от коммуникаций типа PLC в сети 220 вольт или пачкордов эзернета...

[YS]

Как я понял, без входного резистора в цепи инвертируещего входа, при низком сопротивлении источника, усиление каскада будет стремится к бесконечности

Угу. Это и есть АЧХ дифференциатора. Но ОУ неидеален, потому с какого-то момента АЧХ начнет совпадать с АЧХ ОУ и потом упадет до нуля дБ. Установка C2 принудительно увеличивает наклон харктеристики.

Можно растянуть осциллограмму по горизонтали?

О-о-ох. Мне лень еще раз все это включать, пощадите. Ладно, окей. Я пока еще не освободил макетку.

Растянул:



Разумеется, осциллограмма не совпадает, т.к. я передвинул макетку в пространстве и сел по-другому - картина наводок поменялась. На скриншоте этого не видно, но на глаз четко заметны общие осцилляции с частотой порядка нескольких Герц. Спектр снимать я поленился, т.к. на моем осцилле этот режим капризен.

Бонус - осциллограммы наводок. Снимал с выхода схемы при отключенном питании. Это то, что прилетает исключительно из воздуха:





Четко видна сетевая наводка, и еще какие-то всплески. Судя по всему, это от какого-то испульсного источника. Если растянуть, то видно, что эти всплески - синус около 40 кГц:



Честно сказать, я даже не знаю, откуда оно берется. Трансформаторов для галогенок в комнате нет, сберегайки выключены, настольная лампа тоже. То ли от компьютера, то ли от монитора, скорее всего.

При макетировании схемы можно принять за генерацию наводку

Да, я до конца не знаю, какова природа этих шумов...

[SmarTrunk]

Китайские зарядники для телефонов, бывает, сильно гадят. Даже без нагрузки, если просто воткнуты в розетку.

[YS]

Хм, у меня рядом питальник от роутера включен, да... Может он.

[ArtDen]

Растянул:

Хм. Не вижу генерации. Вижу обычный шум, что расходится вот с этим утверждением:

При возбуждении нет никакого шума, а есть ГЕНЕРАЦИЯ. Генерация может происходить как на одной частоте, тогда там будет синус, так и на нескольких, тогда там будет некий плохо синхронизируемый, но ПЕРИОДИЧЕСКИЙ сигнал

[Kavka]

Я вот тут задавал вопрос про усиление. А оказывается отдельная тема есть про ОУ.

Как оценить искажения при известном усилении и известной частоте сигнала. Или с каким запасом должна быть gain bandwidth product чтобы не было искажений сигнала?

Как посчитать/оценить задержку прохождения сигнала через ОУ? Считаем, что усиление схемы на ОУ задано (пусть будет 10, к примеру). Зависит ли задержка от усиления? От частоты? Что из спецификации на операционник можно использовать для оценки задержки?

[КРАМ]

Полоса и площадь усиления относятся к МАЛОСИГНАЛЬНЫМ параметрам ОУ.
Есть параметр СКОРОСТИ НАРАСТАНИЯ сигнала. Он и определит искажения.
Вообще то в даташитах на скоростные ОУ есть даже спектрограмма интермодуляционных искажений...

[falkonist]

YS, если Вы еще не разобрали макетку, то можно ли попросить поменять номинал R3 на 15 кОм (как резистор в цепи ОС) и снова замерить получившиеся шумы? А еще лучше на 7,5 кОм. Без интегрирующего конденсатора в ООС и с ним.

Просто имею мысли по объяснению получившихся осциллограмм, но без доказательной базы это будет чистой воды "гаданием на киселе".

[Леонид Иванович]

Как оценить искажения при известном усилении и известной частоте сигнала.

Обычно график THD приведен в datasheet. Искажения еще зависят от уровня сигнала и сопротивления нагрузки.

Или с каким запасом должна быть gain bandwidth product чтобы не было искажений сигнала?

У THD нет прямой связи с GBP. А если имеются в виду искажения АЧХ, то их можно рассчитать на основе графика open loop gain, взяв реальное усиление ОУ на интересующей частоте.

Как посчитать/оценить задержку прохождения сигнала через ОУ?

Можно оценить с помощью графика ФЧХ.