Devrenin kazanç-bant genişliği ürününü iyileştirmenin yanı sıra, amplifikatörü birden çok aşamaya bölmek, belirli özelliklerde mükemmel olmak için tasarlanmış farklı işlem amperlerini kullanmanıza olanak tanır. Örneğin, ilk aşama için iyi giriş özelliklerine (yani düşük ofset, düşük gürültü vb.) Sahip bir op amp ve iyi çıkış özelliklerine sahip (muhtemelen farklı) bir op amp seçebilirsiniz (maksimum çıkış voltajı dalgalanması, maksimum çıkış akımı, vb.) son aşama için. Yalnızca tek bir aşamada, yeterince iyi giriş ve çıkış özelliklerine sahip (yeterince yüksek kazanç bant genişliğine sahip bir üründen bahsetmiyorum bile), her şeyi kapsayan bir op amplifikatör bulmanız gerekir.

İlk aşama op amplifikatörün giriş özellikleri en önemlisidir, çünkü bu op amplifikatörün tüm ideal olmayanlıkları (ofset, gürültü, vb.) sinyalle birlikte tamamen güçlendirilmiştir (çünkü tüm aşamalar tarafından güçlendirilirler). İkinci, üçüncü vb. Aşamalar için op amfilerdeki ideal olmayanlıklar tam olarak güçlendirilmemiştir ve o kadar da endişe verici değildir. Buna karşılık, ilk aşama op amp, çıkışı sonraki aşamalar kadar sallanmayacağı ve nispeten yüksek bir empedans yükü (bir sonraki op amp aşaması) sürdüğü için iyi çıkış özelliklerine ihtiyaç duymaz.

Son aşama op amp, girişindeki sinyal neredeyse tamamen güçlendirildiği ve op amplifikatörün ofsetinden, gürültüsünden vb. çok daha büyük olduğu için en kötü giriş özelliklerine sahip olabilir. Yine de son aşama op amp, iyi çıkış özelliklerine ihtiyaç duyar. Örneğin, op amp'in maksimum çıkış voltajı dalgalanması, gerekli sinyal çıkış voltajı dalgalanması için yeterli olmalı (sizin durumunuzda 8 Vrms) ve güçlendirilmiş sinyaliniz için yeterli bir dönüş oranına sahip olmalıdır. Son aşama op amplifikatörün de düşük empedanslı bir yük sürmesi gerekebilir, bu durumda daha fazla çıkış akımı kaynaklaması / batması gerekir.

Gürültü sorun teşkil ediyorsa, bant dışı gürültüyü azaltmak için ek op amp aktif bant geçiren filtre aşamaları kullanmayı da düşünebilirsiniz. Bu aşamalar sinyal kazancı sağlamayabilir, ancak genel amplifikatörün performansını artırabilirler.

Somut bir örnek vermek gerekirse, bir keresinde TLE2027 düşük gürültü hassasiyetli op amp temelli bir düşük gürültülü mikrofon ön amplifikatörü tasarladım. Çok iyi girdi özelliklerine sahiptir, ancak çıktı özellikleri en iyi değildir. Özellikle, dönüş hızının sıcaklık boyunca yalnızca \ $ 1 \ text {V} / {\ mu \ text {s}} \ $ düzeyinde olması garanti edilir (özellik sınırı sürümler arasında değişir - veri sayfasına bakın). Bununla birlikte, 20 kHz'de 8 Vrms'lik bir çıkış sinyali için \ $ 8 \ text {V} \ times \ sqrt {2} \ times 2 \ pi \ times 20 {\ text {kHz}} \ yaklaşık 1,4 oranında bir dönüş hızına ihtiyacınız olacaktır. \ text {V} / {\ mu \ text {s}} \ $. Aynı zamanda çıkışta raydan raya değildir - çıkış sinyali, besleme voltajlarınıza bağlı olarak bu op amp kullanılarak kırpılabilir (örneğin, 9 V piller kullandıysanız). Amplifikatörünüzün son aşaması için muhtemelen farklı bir op amplifikatör kullanmanız gerekecektir.

Noise:

Opamp'ınızın 10MHz GBW ve 1µV gürültüye (işleri basitleştirmek için) sahip olduğunu varsayalım. Kaynakta ayrıca 1µV RMS gürültüsü var.

Her opamp, kendi gürültüsünü devre gürültüsü kazancı ile artı yukarı akıştaki her şeyin gürültüsü, tabii ki devrenin kazancı ile yükseltecektir. Bu nedenle, ilk aşamanın kazancının yeterince yüksek olmasını (örneğin, en az 10), böylece kaynağın ve ilk opampın (şimdi 10x yükseltilmiş olan) aşağı akıştaki diğer opamplar tarafından eklenen gürültüye hakim olmasını istiyorsunuz. p>

Öyleyse, burada:

• 100'lük bir kazanç istediğimizi söyleyin, 1. işlemin kazancı G1 = 10, 2.'nin kazancı G2 = 10.

1. opamp, kaynak gürültüsünü (1µV) artı kendi (1µV) G1 ile yükseltir, bu RMS'de toplanır, dolayısıyla OPA1'in çıkışında 14µV elde ederiz, bu daha sonra G2 tarafından yükseltilir ve bizde 141.7µV gürültü var. çıktı.

• G1 = 1, G2 = 100

1. opamp basitçe kaynağa kendi sesini ekler (çıkışta 1.4µV), sonra ikinci opamp kendi sesini ekler ve 100x yükseltir. Çıkışta 172µV gürültü elde ediyoruz.

Bu yalnızca kaynağın düşük gürültü olması durumunda önemlidir. Kaynak gürültüsü OPA1'in ekleyeceğinden daha yüksekse, o zaman çok daha az önemlidir.

Not: Bu, bazen anlaşmayı bozan offset voltajı için de geçerlidir.

Distortion:

Operatörünüzün GBW'si 10MHz'dir. 160-2000 kazanç istiyorsunuz.

Tek bir opamp ile, kazanç için GBW'nizden 2000 oranında harcarsınız. Yani distorsiyonu düzeltmek ve daha da önemlisi sinyali işlemek için geriye sadece 10M / 2000 = 5kHz GBW kaldı!

Burada, devre yaklaşık 5 kHz kapalı döngü bant genişliğine ve birkaç yüz hertzin üzerinde korkunç distorsiyona sahip olacaktır, çünkü opamp doğrusal olmayanlıklarını düzeltmek için çok az döngü kazancı vardır.

Her iki opamp da aynıysa, en iyi çarpıtma, kazancı eşit olarak paylaştırarak, yani her ikisi de 1936 olan 44 kazançla elde edilecektir.

Bu, gürültü ile ilgili hususları etkileyebilir, ancak bu durumda olmamalıdır.

Bu hassas DC içinse, kapalı döngü kazanç doğruluğunun mevcut açık döngü kazancına (GBW bölü Kazanç) bağlı olduğunu unutmayın.

Gotchas

İlk opampın raydan raya veya yüksek çıkış akımı olması gerekmez, bu da daha geniş bir düşük gürültü veya hassas opamp seçeneği sunar.Çıkış akımı sürücüsü ve dönüş hızı, ikinci opamptan daha az önemlidir (bkz. Null'un cevabı).

İkinci amplifikatörün yüksek hassasiyetli bir giriş aşamasına sahip olması gerekmez ve düşük bir empedanstan çalıştırıldığı için FET olması da gerekmez.Gerekirse güçlü çıkış tahrikine veya raydan raya olabilir.Ya da daha ucuz olabilir ...

Ancak ... tersine çevirmeyen moddaki giriş aşaması ortak mod bozulması, ikinci opampta daha kötü olacaktır (iyi olan şey JFET değildir).

Tasarımınız [Av = 2.000x, DC - 20KHz + -0.1dB, SNR = 120dB (20 bit zemin)] bir OpAmp ile gerçekleştirilebilir mi? Bu 20 veya 24 bit ses için mi?

düzenleme [bu opamp, ADC örnek tutma devresinin ADC giriş yükü taleplerini yönlendirebilir, ancak yine de çok hızlı bir şekilde çözülebilir mi?]

^{bu devreyi simüle edin - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şema}

Öncelikle, hangi Rnoise'a ihtiyaç var? 4 milivolt RMS'nin altındaki 120dB gürültüyle, 4 nanoVolt TOPLAM ENTEGRE GİRİŞ-YÖNLENDİRİLMİŞ GÜRÜLTÜ gerekir. Diğer bir deyişle, parazit, minimum giriş seviyesinden 10 ^ -6 daha küçük olmalıdır; 4mV * 1e-6 = 4 nanoVolt RMS. 20KHz bant genişliğinde. Rnoise'ı (bu ilk aşamadaki tüm rastgele gürültü katkıda bulunanların toplamı) hesaplamak için, toplam entegre giriş referanslı gürültüyü bant genişliğinin karesine bölün, böylece: 4nV / sqrt (20.000) = 4nV / 141 = Kök hertz başına 30 picoVolt gürültü yoğunluğu . 1 nanovolt / rtHz gürültü yoğunluğu üreten 66 Ohm Rnoise ve 1nV / sqrt (1.000) = 33 picoVolt üreten 66 miliOhms Rnoise (evet, << bir ohm) ile 120dB SNR'ye yalnızca 4 miliVolt RMS giriş sinyaliyle ulaşamazsınız. Neden? en düşük OpAmp Gürültüsü yaklaşık 10 ohm'dur ve daha genellikle 50 ohm'dur; harici kazanç ayar dirençleri, termal bozulmayı önlemek için oldukça geniş [>>> 66 miliOhms; öyle olsa bile, termal bozulmayı önlemek için opamptan sonra çıktı arabellekleri eklemeniz gerekir].

Şimdi OpAmp'ın UnityGainBandWidth'ine gelince: 20KHz + -0.1dB'ye sahip olmak için yaklaşık 200KHz'lik F3dB'ye ihtiyacınız olacak. Ve 2.000X hassas kazanç istiyorsunuz. UGBW, F3dB * Av = 200.000Hz * 2.000 = 400.000.000'dir. Bu kadar yüksek UGBW'ye sahip bir opamp kullanmak büyük bir zorluktur.

Stereo görüntüleme istiyorsanız, eşleşen sol-sağ kanal kazancı / fazına ihtiyacınız olacaktır, bu nedenle opamplarınızın 20.000 Hz'e kadar kazancı / fazı tam olarak kontrol etmek için yeterli fazla kazanca ihtiyacı vardır. Kesin mi? 0.1dB? bu F3dB'yi 200.000 Hz'ye yerleştirir. 10MHz UGBW opamp, 10.000.000 / 200.000 = 50X kazanç sağlar.

Denemek makul olan nedir? Çok aşamalı opamp sinyal zinciri; 50 veya 60 ohm'luk Rnoise ve 10MHz'lik UGBW ile ilk opamp; 20KHz'de 50m * 50X = 2.5 volt RMS çıkışına ihtiyacınız olacaktır. SlewRate 2,5 * 1,414 * 20,000 * 6,28 = 500,000 volt / saniyedir. İlk opamptan.

Birinci ve ikinci opamp arasında, bir tür değişken zayıflatıcıya, yani ses kontrolüne ihtiyacınız olacak.

2. opamp, minimum 15 volt / us döndürme hızı ile ilkiyle aynı olabilir. Walt Jung, yüksek hızlarda düşük bozulma sağlamak için opampları seçme konusunda tavsiyede bulunuyor.

Sonuç mu? 2.500x veya 2.000x hassasiyet kazancı; 4mV / (1nV * sqrt (20.000) veya 4mVolt / 141nanoVolt veya 28.000 (89dB SNR) SNR. SlewRate distorsiyonu size kalmış.

düzenle

Bu 8 voltluk RMS çıkışının bir ADC'yi çalıştırması gerekiyorsa, bu ADC örnekleme şarj artışlarını talep edecektir ve OpAmp'ın 0.1uSaniye düzeyinde temel gerilime AYARLANMASI gerekecektir. Örnekleme şarj dalgalanmaları VDD filtrelerini aksatacak ve çınlamaya neden olacaktır. Bu zil sesini yükseltmek istemeyeceksiniz, bu nedenle ÜÇ opamp uygun görünüyor.