Comment fonctionne ce circuit inverseur opamp à bande passante réglable?

Soit mon auteur de manuel est un scélérat, soit je n'ai pas les prérequis pour comprendre même un simple circuit d'ampli op. Je comprends comment fonctionne un amplificateur inverseur de base et je comprends comment le gain diminue à cause du circuit RC interne (miller C).

Ce que je ne comprends pas dans le circuit ci-dessous, c'est comment la valeur de la résistance change la bande passante. Étant donné que le produit de gain de bande passante est généralement constant, ce circuit doit être très intelligent pour manipuler la bande passante sans toucher au gain. Je joins le cliché complet de mon explication de manuel. Il dit que la bande passante varie avec et donne des équations, mais n'explique pas comment ni pourquoi. Veuillez m'aider à comprendre comment cela fonctionne. $R$ $R$

operational-amplifier

— Agents
source

Sans condensateurs, cela n'a aucun sens et aucun circuit ne serait normalement conçu de cette façon. Il peut faire ce que vous dites, mais il tend anormalement les limites de ce qu'un ampli op peut faire. Je soupçonne que cela a à voir avec R étant un LPF réglable basé sur R sans condensateur.

— Sparky256

Sparky256 - Je ne suis pas d'accord. La modification de circuit illustrée est l'une des méthodes de compensation d'entrée. La résistance R n'a aucune influence sur le gain en boucle fermée mais elle diminue le GAIN DE BOUCLE (et donc la bande passante du gain en boucle fermée). En conséquence, la marge de stabilité est améliorée et vous pouvez utiliser des amplificateurs opérationnels qui ne sont PAS compensés par le gain unitaire pour des valeurs de gain aussi faibles que l'unité.

— Niv.26

rsadhvika-juste pour des raisons d'exactitude: Votre premier commentaire à la réponse de ishank est faux! Dans sa réponse ainsi que dans votre commentaire, vous avez oublié l'influence du signal de rétroaction (qui est également réduit en raison de R).

— LvW

Lisez le concept de `` gain de bruit '' (c'est effectivement le gain qui existerait si vous conduisiez la broche non inverseuse), car c'est ce gain qui est celui en GBP, et il devrait être évident que le gain de bruit en le circuit varie de ~ 21 (1 + 100k / ~ 5k) à ~ 1000 (1 + 100k / ~ 100).

— Dan Mills

Réponses:

L'auteur a raison de dire que la bande passante varie avec R mais pas le gain.
Ce résultat peut être compris facilement si nous combinons la source de tension qui est en parallèle avec R avec R lui-même pour obtenir un équivalent de Thevenin à la borne inverseuse de l'opamp.
L'équivalent de Thevenin sera

R_{t h} = R_{1} | | R

$R_{th} = R_1 ||R$

Et l'expression du gain est

V_{t h} = \frac{V_{i n} (R_{1} | | R)}{R_{1}}

$V_{th} = \frac{V_{in}(R_1||R)}{R_1}$

qui est indépendant de R.

A_{v} = \frac{V_{o}}{V_{i}} = - \frac{R_{f}}{R_{1}}

$A_v = \frac{V_o}{V_i} = -\frac{R_f}{R_1}$

Comme l'OP l'a correctement souligné, le produit de la bande passante de gain d'un amplificateur reste constant, quelle que soit l'ampleur de la rétroaction. Plus d'informations à ce sujet ici et ici .
L'astuce est que l'entrée de l'amplificateur de rétroaction (amplificateur inverseur) est Vth et non Vin.
Donc, en augmentant R, le gain diminue (le dénominateur augmente), car le gain est et par conséquent, puisque GBW reste constant, la bande passante doit augmenter.

\frac{V_{o}}{V_{t h}} = - \frac{R_{f}}{R_{1} | | R}

$\frac{V_o}{V_{th}} = -\frac{R_f}{R_1 ||R}$

— ijuneja
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Je pense que je comprends! En raison de

, opamp voit une tension d'entrée réduite de

à son entrée inverseuse. (

R

$R$

V_{t h}

$V_{th}$

V_{t h} < V_{i n}

$V_{th} \lt V_{in}$

\frac{V_{o}}{V_{t h}}

$\dfrac{V_o}{V_{\color{red}{th}}}$

\frac{V_{o}}{V_{i n}}

$\dfrac{V_o}{V_{\color{red}{in}}}$ droit? Si c'est le cas, je pense que cela a été ma grosse erreur .. Merci d'avoir été si clair :)

— AgentsS

Ishank Juneja-bande passante augmente? Faute de frappe? Au contraire, l'ajout de la résistance diminue le gain de boucle et avec lui, bien sûr, également la bande passante en boucle fermée

— LvW

@rsadhvika absolument, puisque Vth est ce que voit l'amplificateur inverseur std et non Vi

— ijuneja

@LvW pour la configuration d'amplificateur inverseur donnée, le gain de boucle est proportionnel à 1 / gain d'où le résultat.

— ijuneja

Ishank Juneja - désolé, ce n'est PAS vrai. C'est l'avantage de la modification du circuit d'annuler la connexion directe entre le gain en boucle et le gain en boucle fermée. Comme je l'ai mentionné - vous pouvez avoir un petit gain en boucle (pour des raisons de stabilité) et, en même temps, un très petit gain en boucle fermée (gain unitaire). Veuillez me dire si je me trompe en disant: L'ajout d'une résistance R RÉDUIT la bande passante du gain en boucle fermée (en raison d'une réduction du gain en boucle).

— LvW

Réponse intuitive

Puisque R atténue à la fois l'entrée et la rétroaction à 0 V, les transistors internes doivent utiliser plus de gain interne pour fournir une tension de signal de sortie de sorte que le courant d'entrée vers Vin (-) s'annule et reste une masse virtuelle. c'est-à-dire Vin / Rin = Vout / Rf.

Ainsi, l'atténuation de Vin à Vin (-) avec Rin à R à gnd n'affecte pas le gain de boucle DC extérieur, mais les transistors d'ampli op doivent utiliser plus de gain interne pour correspondre à la sortie, mais au détriment de BW en raison de GBW fixe.

Le gain de boucle «DC» extérieur jusqu'à un nouveau produit GBW atténué ... c'est ce que je voulais TY @LvW

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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A_{v} = - \frac{R_{f}}{R_{1}}

$A_v = -\dfrac{R_f}{R_1}$

V_{-} \approx 0 V

$V_- \approx 0V$

V_{i n}

$V_{in}$

V_{-}

$V_-$

V_{t h}

$V_{th}$

V_{i n} (- R_{f} / R_{1})

$V_{in}(-R_f/R_1)$

Tony - dites-vous que le "gain de la boucle extérieure" n'est pas affecté? Je pense, au contraire - c'est le but principal de cette modification (R supplémentaire) de réduire le gain de boucle améliorant ainsi les propriétés de stabilité du système en boucle fermée. Le facteur de charge d'alimentation - et avec lui le gain de boucle - est réduit à (R1 || R) / [(R1 || R) + Rf]

— Niv.

La modification de circuit représentée avec une résistance R entre les bornes d'entrée opamp est une méthode très populaire pour améliorer la marge de stabilité du gain de lopp fermé (compensation d'entrée).

Pour des amplificateurs opérationnels idéaux (très grand gain en boucle ouverte), la résistance R n'a aucune influence sur le gain en boucle fermée mais elle diminue le LOOP GAIN (et, par conséquent, la bande passante du gain en boucle fermée).

En conséquence, la marge de stabilité est améliorée et nous sommes autorisés à utiliser même des amplificateurs opérationnels qui ne sont PAS compensés par le gain unitaire pour les applications nécessitant des valeurs de gain en boucle fermée aussi faibles que l'unité.

Explication intuitive (pour un gain en boucle fermée non affecté ): en supposant que le gain en boucle ouverte Aol est infini, le gain en boucle fermée est Acl = -Hf / Hr avec

Facteur direct Hf = Vn / Vin pour Vout = 0 (Vn: tension à la borne opamp "-") et

Facteur de rétroaction (retour) Hr = Vn / Vout pour Vin = 0.

Il est facile de montrer que la résistance supplémentaire R abaisse les deux facteurs de la même manière de sorte que la valeur de "R" s'annule dans le rapport Hf / Hr.

Calcul:

Facteur direct: Hf = (Rf || R) / [(Rf || R) + R1]

Facteur de rétroaction: Hr = (R1 || R) / [(R1 || R) + Rf]

Après évaluation (et quelques manipulations mathématiques) du rapport Acl = -Hf / Hr on arrive à Acl = -Rf / R1 (R s'annule).

Cependant, le gain de boucle (qui est essentiel pour les propriétés de stabilité) peut être rendu aussi faible que nécessaire en faisant varier R:

Gain de boucle LG = -Hr * Aol (Aol: gain en boucle ouverte de l'ampli op)

— LvW
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Il convient de mentionner que ce type de compensation augmente le gain de bruit.

— Mike

Mike - oui, c'est exact. Cet effet montre encore une fois - en général - qu'il n'est pas possible d'améliorer un paramètre de performance sans influencer défavorablement un autre paramètre de performance. Par conséquent, chaque bonne conception est toujours un compromis entre des effets contradictoires.

— LvW

Que diriez-vous de la précision du gain?

— analogsystemsrf

Je pense que la précision du gain est - comme toujours - déterminée par les tolérances des parties passives - tant que le gain fini en boucle ouverte de l'ampli-op peut être réglé à environ l'infini.

— LvW

@LvW Je sens que je comprends maintenant. Vous utilisez la superposition pour définir les facteurs de transfert et de rétroaction et les expressions pour le gain en boucle fermée et le gain en boucle semblent vraiment soignées! Merci :)

— AgentS