由于我在职业生涯中的大部分时间都在努力使运算放大器的轨道尽可能稳定地保持在预期电压下,因此我并没有真正花时间思考如果轨道偏离固定值会发生什么。由于我只是简单地研究了运算放大器的内部工作原理,因此我不太确定是否能得出一个明确的答案。
那么,如果轨道在移动,信号会发生什么变化?(让我们说那里移动缓慢,比如低于 5Hz,可能不时偏移 1V)它不仅仅是在不同水平上削波吗?
由于我在职业生涯中的大部分时间都在努力使运算放大器的轨道尽可能稳定地保持在预期电压下,因此我并没有真正花时间思考如果轨道偏离固定值会发生什么。由于我只是简单地研究了运算放大器的内部工作原理,因此我不太确定是否能得出一个明确的答案。
那么,如果轨道在移动,信号会发生什么变化?(让我们说那里移动缓慢,比如低于 5Hz,可能不时偏移 1V)它不仅仅是在不同水平上削波吗?
理论上,无论电源在做什么,运算放大器都应该表现良好。
当我们离开运算放大器的理论模型时(请记住,基本符号上甚至没有电源引脚,只有 IN+、IN- 和 OUT),我们必须考虑实际电路带来的越来越多的细节。
当然,许多对你来说是显而易见的,但相信我——我们最终会得到答案。
首先,输出永远不能超过提供给放大器的电压。
然后,当输出试图将电压推或拉到接近轨道时,性能会变得更糟。当然,这在很大程度上取决于运算放大器的设计——轨到轨放大器承诺在输出端为您提供所有可用电压。
只要我们查看直流供电的运算放大器,任何在最大输出摆幅规范内的信号都可以工作,并且您可以为运算放大器提供数据表允许的任何正电压和负电压(相对于彼此和接地,但请注意,运算放大器无法知道实际接地的位置;提供 +3 V 和 -7 V 完全没有问题 - 您的放大器将尝试在 10 V 范围内保持工作)。
内部电流源、差分级和输出驱动器的设计使得运算放大器能够尽可能快地消除电源轨上的任何变化。
只有当电源轨上的变化变化足够快时,您才会开始注意到效果。通常,这设置在大约 100 Hz 到大约 10 kHz 之间。
最好的部分:它在数据表中指定;寻找 PSRR(电源抑制比)。
对于 DC 到低频 (60...120 dB),该值通常非常高,并且在高于某个点时开始下降,看起来像是简单的低通特性。请注意,我们正在谈论拒绝,因此即使斜率在图表上下降,它实际上也是一个高通:
请注意,图像中的文字显示:±15 V - 那么运算放大器的电源引脚实际上做了什么?
与任何良好的数据表规范一样,还有一个测试电路可以告诉您它是如何测量的:
这也解释了为什么图中有两条线(-PSR 和 +PSR)。例如,运算放大器的内部电流源有时从正电源馈入负载,有时馈入负电源,并且内部设计不是绝对对称的。
以优秀的 741 为例:
只有最右边的输出级是对称的,其他都不是。更高级的部分在一定程度上还是会遵循这个基本原则。
简而言之:对于直流和低频,请查看直流规格(轨到轨,增益和失真有什么限制?)。对于更高的频率,请查看 PSRR。如果你对电源电压施加一个阶跃,你有一个混合,因为一个阶跃除了从一个直流电平到另一个直流电平的明显跳变外,还由一些高频部分组成,导致输出端由更高的电压引起的干扰-运算放大器不能拒绝的阶跃频率部分。
此处未涉及的内容可能会在 Analog Devices 的教程 MT-043中得到解答。这也是我拍摄图像的地方(741 电路除外)。
是的,有交流效应。运算放大器数据表应指定电源抑制比,以使电源变化对输出产生的影响最大。这是一个相当高的数字——即使是古老的 741 也有一个 90dB 范围内的典型数字——但如果输出的变化随后会产生电源电压的进一步变化并因此产生一个可能导致振荡的反馈回路,那么它可能会很重要。
显然,正如您所意识到的,这是对任何直接影响的补充,例如依赖输入和输出的轨到轨操作。
有一个公认的答案,但我想提一个具体的例子:音频功率放大器。
这些通常由不受管制的轨道供电。预计在整流交流电源频率下会有几伏纹波,通常更多取决于电流需求。当整流二极管不导通时(大多数情况下),电源电压会根据输出电流除以大电源电容器的值而降低。
此外,轨电压将根据信号的幅度而变化。聆听时,声音较大的部分会消耗更多电流,从而降低轨道电压。安静的部分不会。因此,除了整流的电源频率之外,轨电压在 0.1-2 Hz 区域内摆动。
这些放大器通常以分立运算放大器的形式实现,这可以通过多种技巧来提高 PSRR。分立运算放大器有一个 GND 端子,因此对电源最敏感的内部节点可以通过一个便宜的电容器旁路到地。补偿电容器是运算放大器中不良 PSRR 的主要来源,因为它必须参考其中一个电源。在分立运算放大器中,这可以得到缓解。
结果是您可以毫无问题地在轨道上产生巨大的涟漪。事实上,带有稳压轨的功率放大器非常奇特,只在百万级发烧友设备中遇到,实际上是浪费钱。
所以这是一个现实生活中的例子;)
如果铁轨在移动,信号会发生什么变化?(让我们说那里移动缓慢,比如低于 5Hz,可能不时偏移 1V)它不仅仅是在不同水平上削波吗?
LF PSRR 很大,所以什么也没有发生。
运算放大器具有低 HF PSRR,因此不喜欢不良去耦会在电源上产生 HF 振铃,或其他 HF 噪声源(如过滤不良的开关稳压器)。LF 电源电压变化根本不重要。由于热效应,失调电压可能会漂移,但这应该很小。