Domanda:
Cosa rende preciso un amplificatore operazionale di precisione?
tgun926
2014-12-24 18:50:25 UTC
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Sto effettuando un carico fittizio che può assorbire 5 V / 3 A massimo, ma può anche assorbire piccoli carichi (ad esempio per pilotare un array di LED da 20 mA).

schematic

simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab

Ho selezionato un resistore di shunt da 0,5 Ohm dopo aver esaminato un mucchio di schede tecniche di mosfet.

L'ingresso positivo è controllato da un potenziometro di regolazione grossolana e fine, quindi può essere variato di conseguenza fino a quando 20mA non viene visto attraverso un multimetro.

Per ottenere 20mA , Avrei bisogno di 10 mV agli ingressi dell'amplificatore operazionale. Dalle schede tecniche che ho esaminato sulla precisione rispetto alla non precisione, la grande differenza che vedo è la tensione di offset in ingresso. In questa applicazione, questo parametro è critico? Credo di no, perché posso semplicemente regolare il potenziometro, ma voglio assicurarmene.

Gli amplificatori operazionali normali come un LM324 dicono che ha un modo comune minimo tensione di ingresso di 0V. Ci sono vantaggi nell'usare un amplificatore operazionale di precisione qui? Aumenterà la regolazione della grana fine della tensione di uscita (se la risoluzione del mio ingresso è molto grande)?

La precisione di un opamp è proporzionale al numero di addetti al marketing del progetto.
Quattro risposte:
Spehro Pefhany
2014-12-24 23:33:55 UTC
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L'LM324 ha una tensione di offset massima di 9 mV (caso peggiore, sovratemperatura), secondo la scheda tecnica.

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Con il tuo circuito, con 0V in ingresso, potresti avere una corrente di 9mV / 500m \ $ \ Omega \ $ / 9mV = 18mA sotto la quale il tuo potenziometro non lo sarebbe essere in grado di impostare la corrente. Quindi non è un design molto buono se è necessario impostarlo su meno di 18 mA. È una fortuna: il prossimo amplificatore operazionale (anche nello stesso pacchetto) potrebbe essere 9 mV con la polarità opposta, quindi sposterai semplicemente il potenziometro.

La deriva termica massima dell'LM324 non è specificata (dopotutto non è destinato ad applicazioni di precisione), ma potrebbe facilmente essere +/- 10uV / ° C, quindi se la scheda cambia di (diciamo) 70 ° C quando il MOSFET si surriscalda, la corrente cambierà di 0,7 mV o 1,4 mA, quindi dovresti regolare nuovamente il potenziometro. Ovviamente la massima dissipazione di potenza si verifica a correnti di uscita elevate, quindi la variazione è relativamente piccola (1,4 mA su 2 A è < 0,1%). Un cambiamento di 20 ° C nella temperatura ambiente significa un cambiamento di forse (nessuna garanzia) di 0,4 mA, che è diversi percento di una corrente di 15 mA. Se ti interessa solo il 5% circa e le correnti superiori a 20 mA, probabilmente va bene.

Un'altra differenza tra un amplificatore economico e uno buono è il guadagno. L'LM324 può avere un guadagno di 25.000 (e cambia con la temperatura). Un amplificatore operazionale di precisione avrà un guadagno di milioni. La differenza apparirà in quanto compensa bene i cambiamenti di carico o di linea (non è un grosso problema in questo caso).

La corrente di polarizzazione dell'LM324 può essere pari a 0,5uA (tipico 20nA) e cambia con la temperatura, quindi se avessi un vaso ad alta resistenza, potresti vederlo cambiare con la temperatura.

Il rumore dell'LM324 è di 35nV / sqrt (Hz) abbastanza miserabile, e ha una brutta distorsione crossover, nessuna delle quali ti colpisce molto in questo caso.

Un paio di cose (oltre ad essere estremamente economiche) che l'LM324 ha che un tipico amplificatore operazionale di precisione potrebbe non avere - un'ampia gamma di alimentazione (specialmente sulla fascia alta), anche se potrebbe non funziona così bene a tensioni di alimentazione molto basse, ed è alimentazione singola (la gamma di modalità comune di ingresso include l'alimentazione meno) che è assolutamente necessaria per il circuito.

Quindi ci sono molte ragioni per usare un amplificatore operazionale decente se richiesto dalle specifiche. Oppure puoi diventare intelligente con il circuito: aumentare la resistenza di rilevamento per ottenere una buona precisione per basse correnti, ma per ottenere un'ampia gamma dinamica, un buon amplificatore (e altre tecniche come buone resistenze e buon layout) potrebbe valerne la pena. Solo per hackerare e se la tua portata attuale non è enorme (dal minimo al massimo), un LM324 è certamente accettabile. Non ha senso usare un amplificatore operazionale da $ 5 se va bene uno da 1 centesimo. D'altra parte, ci sono requisiti per i quali i migliori non sono abbastanza buoni e si deve ricorrere a discreti e altre tecniche.

A proposito, il tuo circuito potrebbe non essere stabile contro le oscillazioni. Può essere risolto con alcuni componenti passivi, ma caricare amplificatori operazionali con l'equivalente di una grande capacità in serie con una piccola resistenza crea problemi.

La preoccupazione di stabilità è particolarmente vera con l'LM324 che ha un margine di fase di soli ~ 45 gradi senza carico capacitivo.
hai detto "... D'altra parte, ci sono dei requisiti per i quali i migliori non sono abbastanza buoni e bisogna ricorrere a discreti e altre tecniche.", puoi fare un esempio?
@quantum231 Alta tensione, alta corrente, estremamente basso rumore con alta impedenza di ingresso sono tutti esempi in cui i monolitici a volte non hanno prestazioni adeguate.In tutti questi casi, è possibile ottenere miglioramenti significativi utilizzando discreti o altre tecniche.Un esempio di "altre tecniche", se l'impedenza di ingresso non è importante ma lo è il basso rumore, puoi ottenere un miglioramento N: 1 del rumore combinando \ $ N ^ 2 \ $ amplificatori operazionali.
Andy aka
2014-12-24 21:16:30 UTC
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Un amplificatore operazionale di precisione di solito ha una dipendenza dalla temperatura molto minore della tensione di offset, quindi puoi fare affidamento su di essa in termini di temperatura e tempo. Idem compensare le correnti anche se nel tuo circuito è difficile da dire perché non hai dichiarato i valori del potenziometro sul circuito.

Majenko
2014-12-24 20:00:21 UTC
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Il punto principale della precisione è la ripetibilità. Più puoi prevedere quale sarà un parametro, meno dovrai fare per mitigare le variazioni di quel parametro. Se è possibile utilizzare un dispositivo più preciso nel circuito e quindi eliminare qualsiasi regolazione manuale o altre modifiche del valore, il costo aggiuntivo del componente di precisione è facilmente compensato dalla riduzione dei costi di produzione.

Come hai comunque una fase di regolazione manuale, quindi la precisione è irrilevante.

Circuit fantasist
2014-12-25 18:48:19 UTC
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Mi chiedo solo quale dovrebbe essere la tensione di soglia del MOSFET a questa tensione di alimentazione di 5 V e una corrente massima di 3 A attraverso un resistore di rilevamento della corrente di 0,5 Ω ...



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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