Всё про операционный усилитель.

[YS]

Вижу обычный шум

Ну, так-то, на глаз отличить шум от многомодовой генерации сложно.

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.

Мой запас выводных резисторов ограничен, нашел только 5.6 кОм. Надеюсь, это тоже нормально.

Я так понял, вы подозреваете высокоомный резистор в шуме?

100 кОм, без конденсатора:



100 кОм, с конденсатором:



5.6 кОм, без конденсатора:



5.6 кОм, с конденсатором:

[falkonist]

Шум немного ниже, но недостаточно достоверно. Всё-таки я изложу свои соображения. Подобная ситуация была у меня при настройке аудиоустройства: http://forum.cxem.net/index.php?showtop ... try1880374 (в середине поста, он длинный, там где описана настройка микшера и когда я попутал номиналы резисторов предусилителя).

Дело в том, что при неподключенном входе коэффициент усиления определяется соотношением R4 к R3 через конденсатор С1, имеющий близкое к нулю ЭПС. Получается 15 кОм / 110 кОм = 0,136, т.е. меньше единицы. Такое усиление бессмысленно по определению, поэтому ОУ для него не корректируются. Минимум - на единичное усиление. В итоге возрастают внутренние шумы. Не критично, но возрастают.

Еще хуже будет ситуация, если вход подключить к источнику сигнала с пренебрежимо малым выходным сопротивлением (скажем, на ОУ), либо даже замкнуть вход на общую шину. В этом случае коэффициент усиления будет приближаться к максимальному для используемого ОУ, т.к. в его ООС стоит 15 кОм, а на входе - почти ноль. Соотношение Rоос/Rвх стремится к бесконечности.

[Kavka]

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

А если нет графика THD?
Возьмём, например, MCP601.
Так же, для примера, пусть будет частота в 10кГц (синус), усиление 100, питание 5в, максимальная амплитуда полезного сигнала на выходе 2.5в.
Насколько этот ОУ применим для таких условий?

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.

А где можно ознакомиться с методой сего расчёта не подскажите?

Как посчитать/оценить задержку прохождения сигнала через ОУ?

Можно оценить с помощью графика ФЧХ.

И это будет при любом усилении? Или фаза от усиления будет плавать?

[КРАМ]

Возьмём, например, MCP601.
Так же, для примера, пусть будет частота в 10кГц (синус), усиление 100, питание 5в, максимальная амплитуда полезного сигнала на выходе 2.5в.
Насколько этот ОУ применим для таких условий?

Скорость нарастания выходного сигнала (Slew rate) при 100%-ной ООС составляет 2,3 В/мкс.
Скорость нарастания синуса при переходе через ноль равна амплитуде косинуса (производная). То есть скорость нарастания синуса с амплитудой 2,5 вольта составит 2,5 вольта/радиан. Радиан равен отношению периода к 2ПИ. То есть для обозначенной частоты 10 кГц получится 2ПИ*2,5вольта/100мкс=0,157 Вольт/мкс, что почти в 15 раз меньше скорости ОУ.
Но!
Выходной сигнал не может превышать питание-100мВ и не может быть меньше питание+100мВ для нагрузки 5кОм.
То есть максимальная амплитуда составит всего 2,4 вольта, да и то при условии точной балансировки ОУ. Реально стоит ограничится амплитудой 2...2,2 вольта.
Кроме того, не следует забывать, что приведенный ОУ является Rail2Rail по выходу, но НЕ ЯВЛЯЕТСЯ таковым ПО ВХОДУ. А это означает, что для единичного усиления (повторитель) максимальная амплитуда будет ограничена питанием-1,2 вольта сверху. Сиречь, при балансировке в половину питания составит всего 1,3 вольта амплитуды выходного сигнала.
При использовании в качестве драйвера АЦП это создает значительные неудобства...

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.

А где можно ознакомиться с методой сего расчёта не подскажите?

Нет там никакой особой методы...
Берете АЧХ ОУ с разомкнутой ОС из даташита и проводите на нем горизонтальную прямую на уровне интересующего Вас усиления с ООС. Эта прямая с переходом на обозначенную в даташите АЧХ правее точки их пересечения даст АЧХ Вашего ОУ с ООС.

[Kavka]

То есть максимальная амплитуда составит всего 2,4 вольта

На выходе? Вот тут я ваших рассуждений не понял.
Я имел в виду, что при соблюдении всех ограничений по входу, тех самых "питание-1,2в", на выходе я предполагаю в этом примере получить амплитуду в 2.5в.
При питании 5в окно получается от 0в до 3.8в. Т.е. 2.5в влезает, "средняя" точка в районе 1.8в, например. Это для повторителя.
При усилении во 100 крат усиливаемый диапазон уж точно есть куда запихать.

[Леонид Иванович]

А если нет графика THD?

Тогда для данного ОУ уровень искажений можно узнать только сделав измерения. Для критичных применений нужно брать ОУ, для которых уровень THD+N (сумма искажений и шума) нормируется в datasheet.

Скорость нарастания выходного сигнала (Slew rate)

Искажения определяются не только скоростью нарастания. Они зависят еще от схемотехники, в основном, выходного каскада. Это если речь идет о малом уровне искажений, когда максимальная скорость нарастания не достигается. А когда она достигается, синусоидальный сигнал начинает превращаться в треугольный и уровень искажений резко растет.

Нет там никакой особой методы... Берете АЧХ ОУ с разомкнутой ОС из даташита и проводите на нем горизонтальную прямую на уровне интересующего Вас усиления с ООС.

Пересечения линии с графиком дает частоту среза ОУ с ООС, т.е. в точке пересечения усиление падает на 3 дБ. Если нужна меньшая неравномерность АЧХ, полоса будет уже.

А где можно ознакомиться с методой сего расчёта не подскажите?

Расчеты можно посмотреть, например, в книге С. Соклоф "Аналоговые интегральные схемы", Мир, 1988, стр. 297 - 301.

При питании 5в окно получается от 0в до 3.8в. Т.е. 2.5в влезает

Влезает 2.5 В полного размаха (пик-ту-пик), амплитуда в 2 раза меньше.

Или фаза от усиления будет плавать?

ФЧХ и АЧХ - вещи связанные. Раз АЧХ меняется с усилением, значит будет меняться и ФЧХ. А к чему вопрос, что сделать-то надо?

[КРАМ]

Пересечения линии с графиком дает частоту среза ОУ с ООС, т.е. в точке пересечения усиление падает на 3 дБ. Если нужна меньшая неравномерность АЧХ, полоса будет уже.

Да, это так, однако при выборе усиления следует иметь запас по полосе никак не меньше полуоктавы.
В конце концов шаг разных моделей ОУ по полосе обычно различается минимум в 2 раза. То есть обеспечить запас не представляет труда.

[Kavka]

Влезает 2.5 В полного размаха (пик-ту-пик), амплитуда в 2 раза меньше.

А... Ну да, амплитуда гармонической функции равна половине размаха сигнала. Если сигнал произвольной формы, то амплитуда, типа, к нему не применима по определению... Я имел в виду размах сигнала.

ФЧХ и АЧХ - вещи связанные. Раз АЧХ меняется с усилением, значит будет меняться и ФЧХ. А к чему вопрос, что сделать-то надо?

Думаю над одной идеей... Предполагается усиливать сигнал с изменяющимся размахом. Предполагаю усиление 1, 10 и 100. Сейчас думаю, что проще взять несколько ОУ с функцией chip enable, сделать усиление x1, x10, x100, поставить их параллельно и включать нужный. Понятно, что искажения будут разными при разном усилении. А вот вопрос задержки прохождения сигнала через ОУ с разным усилением? Сигнал - синус, типа частотной модуляции. Не вдаваясь в детали, ЧМ сигнал анализируется, есть обратная связь. Надо прикинкть как будет меняться задержка сигнала через ОУ с разным усилением, так как от этого может зависеть round-trip. Уже понятно, что задержка в пределах периода проходящего гармонического сигнала и в рассматриваемой задаче не существенна.

А дальше уже мне самому интересно на сколько может изменяться задержка, пусть и в пределах периода сигнала.

[falkonist]

Kavka, а то, что существуют ОУ с дискретно изменяемым коэффициентом усиления, Вас не устраивает? Зачем доставать левое ухо правой рукой через затылок?

[Kavka]

Да знаю, что можно проще, типа, воспользоваться плодами технологического прогресса. Знаю что существуют. Просто, с простыми ОУ почти как в той истории про тиристоры - их у меня ведро.
А с изменяемым коэф. усиления надо покупать, да и стоят они не так дёшево.
Вариант с 4053 в цепи обр. связи с разными резисторами вам тоже, наверное, не нравиться Мне тоже.
А так как это пока мысль и я её думаю, то варианты всякие рассматриваю. А за одно для себя что-то новое узнаю...

[YS]

Вариант с 4053 в цепи обр. связи с разными резисторами вам тоже, наверное, не нравиться

Почему? Я бы примерно так и сделал. Или даже так:

[falkonist]

Всё зависит от предназначения схемы. Если для звука - не нравится. Если для чего-то другого, то почему бы и нет?

[SmarTrunk]

а то, что существуют ОУ с дискретно изменяемым коэффициентом усиления

А какие? Интересно, для расширения кругозора.

Хотя, строго говоря, у идеального ОУ усиление (с разомкнутой ООС) бесконечно. Если усиление точно задано, да еще и может переключаться, то это уже, думаю, какая-то другая микросхема, например инструментальный усилитель или что-то еще. Но это я так.

[falkonist]

А что, в Гугл заглянуть лень?

Например: http://www.compel.ru/lib/ne/2009/7/4-op ... rimenenie/

[SmarTrunk]

А что, в Гугл заглянуть лень?

Спасибо, заглянул.

Как и думал, на сайтах производителя и в даташитах они называются "измерительными усилителями", или "Digitally Controlled Programmable-Gain Instrumentation Amp" или "PROGRAMMABLE GAIN AMPLIFIER" и т.д. Если один автор статьи назвал их "Операционные усилители с программируемым коэффициентом усиления", это можно списать на проблемы автора с терминологией. Хотя ОУ есть в составе этих микросхем.

[Леонид Иванович]

Сейчас думаю, что проще взять несколько ОУ с функцией chip enable, сделать усиление x1, x10, x100, поставить их параллельно и включать нужный.

Проще взять готовый PGA. Например, PGA103, PGA202, PGA204 (каждый из них применял, остался доволен), AD8553, еще есть дешевые MCP6G01, MCP6S21, но без Ку = 100. Если хочется сделать на обычных ОУ (вряд ли у Вас ведро ОУ с функцией enable, это редкость), то можно коммутировать делитель обратной связи с помощью электронных ключей. Например, 74HC4051. Только лучше ключи ставить в цепи инвертирующего входа ОУ, а не в цепи нижнего резистора делителя, иначе будет влиять Ron, которое не очень стабильно. В качестве примера присоединил схему, где такое решение использовал. Как вариант, можно использовать умножающий ЦАП в роли управляемого аттенюатора, как в цепи сигнала, так и в цепи ОС ОУ. Такой вариант тоже применял, схему присоединил. Еще есть микросхемы аналоговых перемножителей, на которых можно реализовать усилители, управляемые напряжением (VGA). Есть и готовые такие усилители. Выбор зависит от задачи.

Уже понятно, что задержка в пределах периода проходящего гармонического сигнала и в рассматриваемой задаче не существенна.

Задержка даже на половину периода невозможна, так как это противоречит критерию устойчивости.

А дальше уже мне самому интересно на сколько может изменяться задержка

Например, при входном сигнале 10 кГц для AD711 при Ку = 10 задержка около 0.2 мкс, при Ку = 100 - около 3.1 мкс. Для LM358 задержка около 3 мкс и 14 мкс соответственно.

[Kavka]

Про вариант с умножающим ЦАП-ом не знал, прочем, как и про умножающие ЦАП-ы.
Прочие варианты реализации VGA встречал, но пока рассматриваю их как варианты повышенной сложности.
Всем спасибо.
Буду думать мысль дальше.

[Gudd-Head]

взять несколько ОУ с функцией chip enable, сделать усиление x1, x10, x100, поставить их параллельно и включать нужный

Может, просто 3 обычных опера и мультиплексор?

[SmarTrunk]

Вариант параллельного включения выходов ОУ с выбором нужного через ChipEnable встречался в даташитах каких-то ОУ. В любом случае, видно, что вариантов куча. С мультиплексором... если на входе мультиплексора присутствуют сигналы, отличающиеся в 100 раз по амплитуде, то нужно учесть опасность наводки сильного сигнала на слабый, при разработке.

[Леонид Иванович]

Вариант параллельного включения выходов ОУ с выбором нужного через ChipEnable встречался в даташитах каких-то ОУ

Вполне нормальное решение, особенно для широкополосных сигналов. Например, так делают мультиплексоры видеосигнала. Но в данном конкретном случае достаточно одной микросхемы PGA103.