Omezení integrátoru: výstupní impedance operačního zesilovače
V této druhé části série článků zkoumáme roli výstupní impedance operačního zesilovače v reálném životě.
V prvním článku jsme diskutovali omezení integrátorů s ohledem na neideální operační zesilovače. Diskutujeme také o účinku produktu zesílení šířky pásma (GBP) transakčních zesilovačů.
V tomto článku budeme hovořit o výstupní impedanci operačních zesilovačů.
Pro přehled ideálního operačního zesilovače si přečtěte článek výše.
Výstupní impedance v operačních zesilovačích
Praktický operační zesilovač vykazuje nenulovou výstupní impedanci, jak je znázorněno na obrázku 1 (A).
Obrázek 1. (a) Obvod zkoumající účinek nenulové výstupní impedance operačního zesilovače (z_o). b) Kvůli výživě | H (jf) | už žádný výstup vysokých frekvencí.
To dovoluje znamení moci kolem operačního zesilovače, který mění přenosovou funkci H(jf) od
$$ H (jf) = frac {V_o} {V_i} = H_ {ideal} (jf) frac {1} {1 + 1 / T (jf)} + frac {a_ {ft}} {1+ T (jf )} $$
Rovnice 1
kde (a_ {ft}) se volá krokový zisk. Účinek energie je zvláště výrazný při vysokých frekvencích, kde C působí jako zkrat. R a (z_o) vytvoří dělič napětí,
$$ a_ {ft} (f pravá šipka infty) pravá hrana frac {V_0} {V_i} | _ {C rightarrow short} = frac {z_o} {R + z_o} $$
Rovnice 2
Vliv výživy znázorněný na obrázku 1 (druhý) V případě čistě odporové výstupní impedance (z_o = r_o) je donucovací H(jf) asymptotická hodnota vysoké frekvence (a_ {ft}), takže je zastaveno snižování vysoké frekvence -40-db / dec uvedené v předchozím článku.
V této souvislosti je třeba říci, že výstupní impedance operačního zesilovače v reálném životě je pravděpodobně složitější frekvenční funkcí než zde používaný jednoduchý rezistor (r_o), takže současné úvahy je třeba brát pouze jako výchozí bod. očekávejte další zlepšení prostřednictvím měření v laboratoři.
Ověření pomocí PSpice
Naše zjištění můžeme ověřit pomocí obvodu PSpice na obrázku 2 (A)pomocí sériového rezistoru (r_o) = 100 Ω na výstupu. Rámečky na obrázku 2 (druhý) Potvrďte naši analýzu.
obr. (a) Obvod PSpice používaný ke zkoumání vlivu nenulového výstupního odporu operačního zesilovače (r_o). b) Kvůli energii je nyní vysokofrekvenční asymptota | (a_ {ft}) | = 100 / (10 000 + 100) ≅ –40 dB.
Napájení může být problémem s filtry založenými na integrátoru, jejichž cílem je zajistit výrazný útlum zastavovacího pásma. Jako příklad pojďme znovu zvážit příklad funkčního filtru biquad z předchozího článku, který se opakuje na obrázku 3, ale každý Laplaceův blok nyní simuluje operační zesilovač vybavený výstupním odporem 100 Ω.
Obrázek 3. PSpice obvod biquad filtru pro zkoumání vlivu výstupního odporu op-amp (r_o).
Jak je znázorněno na obrázku 4 (A)Vysokofrekvenční asymptoty pásmové propusti a dolní propusti jsou –68 dB, respektive –108 dB.
Obrázek 4. (a) střídavé odezvy filtru na obrázku 3. (b) Stejné odezvy získané při škálování komponent jako na obrázku 5 nebo při použití operačních zesilovačů s 10krát menšími výstupními odpory.
V případě potřeby můžeme tato čísla vylepšit odpovídajícím měřítkem hodnot komponent. Například změna měřítka jako na obrázku 5 (externí rezistory zůstanou 10krát větší, kapacity 10krát menší (f_0) a Q beze změny), v grafech na obrázku 4 (druhý)Vidíme, že asymptota BP klesá z –68 dB na –88 dB a asymptota LP z –108 dB na –148 dB.
Obrázek 5. Desetinásobné škálování komponent
Alternativně můžeme pomocí op-zesilovačů s 10krát menšími výstupními odpory ((r_o) = 10 Ω) dosáhnout stejných výsledků a ponechat zbývající komponenty jako na obrázku 3.
Co jiného byste se chtěli dozvědět o integračních obvodech? Pokud chcete více podobných článků, řekněte nám svůj názor v komentářích níže.
