Din tabelul 2, se observă că producătorul A are condiţii diferite între oscilaţia de ieşire şi specificaţiile câştigului în buclă deschisă. În acest exemplu, amplificatorul consumă 30µA când se testează câştigul în buclă deschisă, dar condiţiile oscilaţiei la ieşire cer un curent de sarcină de 100µA. Acest amplificator nu se poate afla în regiunea sa liniară în timp ce atinge limitele VOH şi VOL. Deşi s-a spus că acest amplificator are ieşiri vârf la vârf, aceste specificaţii ne arată că amplificatorul în cauză poate doar comanda intrările unui convertor A/D de 12 biţi între 1V şi 4V. Condiţiile şi specificaţiile date de fabricantul B (Tabelul 2) sunt mult mai conservatoare. Cu acest dispozitiv, condiţiile oscilaţiei de ieşire şi cele ale câştigului în buclă deschisă sunt aceleaşi. Acest amplificator poate comanda intrările unui convertor A/D de 12 biţi între 100mV şi 4,9V oferind în acest timp o bună performanţă liniară.
Producătorul C şi-a precizat specificaţiile în cel mai uşor mod posibil. Testul oscilaţiei de ieşire demonstrează operare vârf la vârf bună la o sarcină de ~250µA. Specificaţia de 20mV pentru VOH şi VOL este cea mai bună dintre cele trei amplificatoare. Câştigul în buclă deschisă este de asemenea cel mai bun din cele trei exemple. Oricum, atunci când condiţiile sunt atent urmărite, puteţi observa că amplificatorul este testat de-alungul celei mai stabile şi liniare zone. Acest lucru este realizat cu o sursă de tensiune extinsă. Oscilaţia tensiunii de ieşire are 2.5V din amplitudinea maximă. Prima întrebare care s-ar putea pune este “Poate acest amplificator să comande un convertor A/D de 12 biţi între zero şi 5V alimentat fiind de la o sursă simplă de tensiune?” Este greu de spus.
Aplicaţii posibile Aceste restricţii devin critice pentru un subset de aplicaţii ale amplificatoarelor. Un exemplu ar putea fi atunci când amplificatorul comandă intrările unui convertor A/D. Impulsurile digitale obţinute în urma conversiei se vor pierde la marginea oscilaţiei de ieşire a amplificatorului. În unele cazuri, pierderea câtorva sute de impulsuri este tolerabilă. În alte cazuri, pierderea pe întreg domeniul între masă şi tensiunea de alimentare poate reprezenta o problemă.
Un bun exemplu de circuit care ilustrează această problemă este prezentat în figura 2. Aici, semnalul de intrare este injectat în intrarea ne-inversoare a amplificatorului. Amplificatorul este configurat ca un amplificator de ordinul 2, 10kHz, filtru trece-jos şi un câştig de 2V/V. Amplificatorul operaţional MCP601 are un produs între amplificare şi lăţimea de bandă pasantă de 2.8MHz. Acesta comandă un convertor A/D de 12 biţi capabil de viteze de eşantionare de 100ksps pe întreg intervalul de temperatură. Sursa de tensiune pentru ambele circuite integrate este de 5V, iar referinţa de tensiune a convertorului A/D este tot de 5V. Cu această valoare de referinţă, 1LSB este echivalent cu 1.22mV. Oscilaţia de ieşire a amplificatorului este limitată între masă şi VDD. (figura 3).
Datele din figura 3 prezintă două răspunsuri FFT (fast Fourier transform – transformata Fourier rapidă) ale unui amplificator operaţional şi unui convertor A/D de 12 biţi. Curbele FFT sunt generate folosind semnalul de intrare de 1kHz al unui amplificator eşantionat de un convertor A/D cu o frecvenţă de eşantionare de 100ksps.
Diferenţa dintre datele graficelor de mai sus este generată de nivelul de ieşire al amplificatorului. În figura 3a oscilaţia de ieşire a amplificatorului are amplitudinea de 4.456V vârf la vârf. Aceasta poate fi descrisă ca o excursie în tensiune de la 272mV la 4.728mV. Aceasta corespunde unui domeniu de ieşire al convertorului A/D de la 223 la 3875 din 4096 de coduri posibile. Data FFT are aceeaşi performanţă ca a unui convertor A/D independent.
Un scenariu diferit este prezentat în figura 3b; aici sunt utilizate acelaşi circuite – un amplificator şi un convertor A/D, dar semnalul de ieşire al amplificatorului are valoarea de 4.72V vârf la vârf sau o oscilaţie de ieşire de 140mV la 4.86mV. Aceasta corespunde unui domeniu de date de ieşire al convertorului de la 115 la 3984 din 4096 de coduri posibile. Datele rezultate ilustrează faptul că amplificatorul nu este capabil să producă un semnal de 1kHz nedistorsionat. Aşa cum puteţi vedea, fundamentala apare ca armonica 16+. Atenuarea după a 10-a armonică este cauzată de filtrul trece-jos al amplificatorului.
Ce înseamnă de fapt ieşire vârf la vârf? Dacă la un amplificator este specificat modul de operare cu ieşiri vârf la vârf, asiguraţi-vă să priviţi lucrurile mult mai în profunzime înainte de a utiliza produsul pentru aplicaţia dumneavoastră. Ieşire vârf la vârf înseamnă lucruri diferite pentru diverşi fabricanţi de amplificatoare operaţionale. Pentru unii acest lucru înseamnă că amplificatorul poate funcţiona bine în aplicaţii unde ieşirea necesită o excursie între vârfurile tensiunii sursei de putere precum circuitele de blocare sau comparatoarele electronice. Pentru alţii, acest lucru înseamnă că amplificatorul operaţional va avea o funcţionalitate liniară de-alungul întregului domeniu de ieşire. Până în momentul în care fabricanţii vor fi de acord cu un singur standard, provocarea proiectanţilor de sisteme este de a fi foarte atenţi în ceea ce priveşte toate aceste specificaţii şi condiţii de lucru.
de Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.
bonnie.baker@microchip.com