Anunţurile pentru amplificatoarele operaţionale cu o singură sursă anunţă adesea capabilităţi de operare cu ieşiri vârf la vârf. Dar ce înseamnă acest lucru? Dacă sunteţi în căutarea unui asemenea tip de amplificator, mai întâi ar trebui să recunoaşteţi că foarte puţine dintre amplificatoarele de pe piaţă pot opera cu ieşiri vârf la vârf. Aşadar, ce ar trebui să cunoaşteţi despre performanţa amplificatoarelor care reclamă acest mod de operare? Acest articol va prezenta performanţele actuale ale câtorva dintre cele mai populare amplificatoare “single-supply” precum şi sfaturi şi modalităţi efective de utilizare a lor.
Nivelele de ieşire ale amplificatoarelor s-au schimbat. În trecut, aceste dispozitive cereau o sursă de tensiune standard de ±15V. La amplificatoarele cu o singură sursă tensiunea sursei cobora dramatic, iar sursa de tensiune negativă devenea masă. Tipic, amplificatoarele cu o singură sursă lucrează fiind alimentate de la o sursă de tensiune de 5V sau mai mică. De când sursele de alimentare s-au micşorat, s-a schimbat de asemenea şi domeniul de ieşire al amplificatorului. Oscilaţia de ieşire a amplicatorului cu alimentare simplă trebuie să aibe valori vârf la vârf sau pe cât posibil de apropiate.
Ce înseamnă specificaţia “ieşire vârf la vârf”?
Fabricanţii de amplificatoare “single-supply” afirmă că dispozitivele lor au capabilităţi de oscilaţie vârf la vârf. Într-o formă simplistă, semnificaţia de oscilaţie de ieşire a unui amplificator operaţional cu o singură amplificare defineşte cât de aproape poate fi condusă ieşirea către valoarea pozitivă sau negativă a sursei. Mai mult, oscilaţia de ieşire este dependentă de suma sarcinii de ieşire. Această definiţie stabileşte cât de înalte sau joase pot ajunge nivelele de ieşire ale amplificatorului. Acest lucru nu garantează că amplificatorul operaţional lucrează în regiunea sa liniară când ieşirea se apropie de extreme.
Condiţiile de test ale oscilaţiei de ieşire sunt specificate într-o varietate de moduri aşa cum sunt prezentate în tabelul 1.
Diversitatea condiţiilor prezentate în tabelul 1 face dificilă compararea a două amplificatoare diferite. Dar aceste condiţii au un singur lucru în comun: curentul de ieşire al amplificatorului. Deşi curentul de ieşire este clar stabilit în cazurile 1d şi 2d, este uşor de calculat curentul în celelalte cazuri prin scăderea tensiunii de ieşire din tensiunea de referinţă a sarcinii. De exemplu, în cazul 1a amplificatorul are o sarcină de ((VDD – VOH) – VDD/2)/10kW = 249mA ~ 250mA. Pentru cazul 1b, amplificatorul are o sarcină dublă de curent faţă de cazul 1a.
Efectul acestor condiţii este prezentat în ultima coloană a tabelului 1. Aceste date de test au fost luate utilizând o mostră. Condiţiile semnalate în cazurile 1c şi 2b prezintă amplificatorul într-o imagine foarte bună. Dacă veţi calcula în schimb absorbţia sau sarcina de curent, veţi descoperi foarte repede că amplificatorul se îndreaptă aproape de zero microamperi.
Este amplificatorul încă un amplificator? – Aceasta nu este singura specificaţie care descrie operarea treptei de ieşire. Această specificaţie defineşte numai cât de departe poate oscila amplificatorul. Ce nu a fost fixat/stabilit este ceea ce se întâmplă cu restul amplificatorului. În realitate, dacă amplificatorul este împins către vârfuri, tensiunea de offset a amplificatorului se va schimba dramatic.
Diferenţa dintre oscilaţia ieşirii şi tensiunea de offset ale unui amplificator tipic este ilustrată în figura 1. Este de apreciat faptul că liniaritatea amplificatorului începe să se degradeze pe măsură ce ieşirea se apropie de valorile sursei de alimentare. Dacă ieşirea unui amplificator operează departe de regiunea liniară a acestei curbe relaţia intrare/ieşire a semnalului va fi neliniară.
Specificaţia amplificării în buclă deschisă (AOL) poate fi utilizată pentru a determina domeniul liniar al amplificatorului.
Definiţia câştigului în buclă deschisă a unui amplificator este:
AOL (dB) = 20 log (DVOUT / DVOS) unde,
VOUT este tensiunea de ieşire,
VOS este tensiunea de offset pe intrare,
DVOUT este (VOH – VOL ), iar
DVOS este modificarea tensiunii de offset datorită modificării tensiunii de ieşire.
Testul amplificării în buclă deschisă este realizat prin două condiţii stabilite:
1) domeniul oscilaţiei de ieşire şi 2) sarcina ieşirii.
Diferenţa dintre condiţiile AOL şi condiţiile oscilaţiei de ieşire sunt foarte diferite. Specificaţia AOL impune ca amplificatorul operaţional să lucreze în regiunea sa liniară. Exemple ale acestei specificaţii sunt prezentate în tabelul 2.
– Continuare în numărul viitor –
de Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.
bonnie.baker@microchip.com