¿Amplificador operacional bipolar con compensación casi cero?

Además de lo que dijo Kaz (esto no es un gran problema en el audio), puede compensar externamente el voltaje de compensación y las corrientes de polarización de entrada de cualquier amplificador operacional basado en BJT [u otro tipo]. La nota de la aplicación ON Semi AND8177/D (anteriormente, la nota de aplicación AN142 de Philips/Signetics ) tiene algunos circuitos básicos para ese propósito en su(s) última(s) página(s). Están mostrando nominalmente el NE5534 allí, pero esos circuitos no usan nada más que los pines de entrada de señal para lograr la compensación, por lo que funcionarían para cualquier amplificador basado en BJT, incluido el NE5532. He jugado con los dos primeros circuitos en LTSpice (con el modelo NE5532 bastante básico que se encuentra en el interwebz); son un poco sensibles a los valores del bote. El problema real es cuantificar "casi cero" (de la pregunta OP) en una aplicación real ...

Tenga en cuenta que ambas notas de aplicación, a pesar de que han estado impresas durante 30 años, todavía tienen un error en su circuito inversor de anulación de compensación con los pines de entrada opamp intercambiados. Me refiero a la figura 18 en AN142 y su copia de la figura 22 en AND8177; seguramente no querrás construir un disparador Schmitt aquí...

A continuación se muestra mi dispositivo de prueba para el NE5532 que combina compensación de V y compensación de polarización de entrada (algo mejorado para la comunicación pública de mi antigua versión de scratch). Este es un circuito básico, no algo elaborado usando servos DC, etc., pero creo que es bueno para aprender lo que está pasando; al menos para mi fue asi.

R11 proporciona una compensación de corriente de polarización masiva para R10, es decir, desea que coincidan aproximadamente. Tenga en cuenta que sin C4 tendrá dificultades para encontrar un buen valor para R11. Eso es porque el pin positivo verá una resistencia variable a su izquierda... (Aquí es donde entran las soluciones más elaboradas que usan componentes activos, pero no voy a entrar en eso).

El ajuste fino del Voffset se realiza a través del potenciómetro "a" simulado por R7 y R8, que se extrae de las notas mencionadas anteriormente. Con el potenciómetro "a" ajustado a 0,45 (valor normalizado), el desplazamiento está en el rango de unos pocos microvoltios, lo que es excelente para la salida de audio.

       --- Operating Point ---

V(n002):     0.000514795     voltage
V(n003):     1.47903e-005    voltage
V(vout-biased):  -3.03485e-006   voltage
V(vin-ac):   -4.48332e-016   voltage
V(n005):     0   voltage
V(vout-ac):  -8.55829e-020   voltage
V(vin-biased):   -0.0498147  voltage
V(v-):   -12     voltage
V(v+):   12  voltage
V(n004):     -0.0498075  voltage
V(n001):     1.13011     voltage
I(C5):   1.42638e-022    device_current
I(C4):   4.98147e-019    device_current
I(R11):  4.98223e-007    device_current
I(R10):  -4.98147e-007   device_current
I(R9):   5.64796e-006    device_current
I(R8):   0.000483106     device_current
I(R7):   0.000477458     device_current
I(R6):   5.14795e-006    device_current
I(R5):   1.42638e-022    device_current
I(R4):   -4.48332e-019   device_current
I(R3):   -4.98147e-020   device_current
I(R2):   -1.78251e-009   device_current
I(R1):   5.00005e-007    device_current
I(Vtest):    -4.98147e-020   device_current
I(V2):   -0.00370861     device_current
I(V1):   -0.00370444     device_current
Ix(u2:1):    4.98147e-007    subckt_current
Ix(u2:2):    4.98223e-007    subckt_current
Ix(u2:3):    0.0032255   subckt_current
Ix(u2:4):    -0.00322698     subckt_current
Ix(u2:5):    1.78251e-009    subckt_current

El formato de archivo fuente LTspice asc es en realidad un formato ASCII (texto sin formato), por lo que he subido el circuito (asc) a http://pastebin.com/0PzpUbFC en caso de que alguien más lo encuentre útil.

Y debajo hay una ligera modificación que representa gráficamente el desplazamiento de la salida de CC en función de la posición del potenciómetro de desplazamiento, es decir, un barrido del potenciómetro. El voltaje de salida correspondiente a la posición del potenciómetro "500 m" (es decir, 0,5) es básicamente el voltaje de compensación típico del NE5332 (0,5 mV) multiplicado aproximadamente por la ganancia de este circuito (~10), lo que da como resultado una compensación de salida de aproximadamente 5 mV.

Si desea aumentar el rango efectivo del potenciómetro de compensación (por ejemplo, si obtiene un NE5532 realmente malo que tiene casi 10 veces su compensación típica), puede disminuir R9; disminuir R9 a 100K duplicaría aproximadamente el rango de compensación de voltaje de salida que barre el potenciómetro.

Además, eliminar R11 es una idea bastante mala; obtendrá una compensación de salida de cientos de mV que el potenciómetro de compensación no puede compensar... como se muestra a continuación.

El punto a recordar aquí es que tanto las corrientes de entrada como la compensación de entrada deben cuidarse en el mismo circuito, ya que ambas afectan la compensación del voltaje de salida; eso es algo que quizás no se transmite bien en la nota mencionada anteriormente...

Y quizás respondiendo más directamente a la pregunta, hay algunos amplificadores operacionales bipolares en los que el fabricante ha tratado de centrar el V _OS en 0... estadísticamente. Todavía tiene que lidiar con la dispersión distinta de cero. _{Por ejemplo, la hoja de datos OPA551/OPA552, que proporciona los valores V OS} típicos como +/-1 mA y un máximo de +/-3 mA más tarde, tiene el siguiente gráfico en forma de campana (distribución gaussiana).

También debe tener en cuenta que el voltaje de compensación puede (o no) aumentar mucho con la temperatura. Aquí es nuevamente donde las soluciones activas (servos) ganan al recorte manual. A continuación se muestra el gráfico de la desviación de temperatura de las muestras OPA551/2.

No estoy seguro de qué forma atribuirle a esto; quizás una forma de distribución de Weibull para algunos parámetros elegidos adecuadamente.

Finalmente, el LM4562 mencionado (por otra persona) tiene las corrientes de polarización medidas en docenas de nA (típico 10nA, máx. 72nA), mientras que para el OPA551 está en el rango de docenas de pA (típico 20pA, máx. 100pA). Habiendo dicho esto, vuelvo a mi punto inicial: debe preguntarse cuándo fue la última vez que escuchó o leyó que alguien prefería un opamp específico en una aplicación de audio debido a su bajo voltaje de compensación y/o baja corrientes de polarización de entrada...

El cielo es realmente el límite cuando se trata de amplificadores operacionales: definitivamente es posible encontrar amplificadores operacionales bipolares de audio que tengan bajas compensaciones, pequeñas corrientes de polarización de entrada y poco ruido. Una búsqueda rápida en Google muestra el LM4562 , que tiene mejores especificaciones de corriente de polarización de entrada que el NE5532 en dos órdenes de magnitud. También cuesta alrededor de 5 veces más. Cualquiera que sea el amplificador de audio esotérico que elija, probablemente no ahorrará dinero al eliminar las tapas de acoplamiento.

Si las tapas de acoplamiento son ofensivas para usted desde el punto de vista de la calidad percibida (la distorsión del capacitor existe, pero ciertamente no voy a entrar en un debate sobre sus efectos subjetivos), y está decidido a eliminarlas, entonces usted tiene que calificar su pregunta indicando cuánto está dispuesto a pagar para incluir esta "característica". Esto probablemente también requerirá algunos detalles sobre qué tipo de producto está diseñando.

En resumen, la respuesta a tu pregunta:

"Entonces, ¿hay un amplificador operacional bipolar que tenga una compensación lo suficientemente baja como para que las etapas puedan acoplarse a CC?"

es "Sí", pero cualquier otro comentario sobre qué usar o cómo usarlo requiere más información.

PS Es posible obtener una alta impedancia de entrada con resistencias de bajo valor cuando se usa un dispositivo bipolar usando un circuito de arranque (suponiendo suministros positivos y negativos):

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

No sé si C1 cuenta como un condensador de acoplamiento para usted; es posible eliminarlo usando otra sección de amplificador operacional.

Casi todos los amplificadores operacionales tienen compensaciones lo suficientemente bajas como para que pueda acoplar etapas sin capacitores en cada acoplamiento, especialmente si las ganancias son razonablemente bajas. Es decir, acumular un poco de compensación en varias etapas.

He usado resistencias de megaohmios en la entrada + de los amplificadores operacionales NE5532 sin ningún problema. Tantos cientos de nanoamperios de corriente de polarización a través de un millón de ohmios son solo tantos cientos de milivoltios de compensación. En rieles de alimentación de +/-15 V, apenas perceptible; un no problema.

De todos modos, no necesita un millón de ohmios de impedancia para la mayoría del audio. Cuando oigo hablar de grandes impedancias en la etapa de entrada, asumo que es para guitarra. (¿Es eso cierto?) Las pastillas de las guitarras están mal diseñadas, pero eso es parte de su sonido y estamos atascados con ellas. Los micrófonos no necesitan impedancias altas y tampoco acoplamientos de nivel de línea. Una impedancia excesivamente alta es dañina en el audio porque aumenta la capacitancia del cable. En la mayoría de las aplicaciones de acoplamiento de audio, cualquier cosa por encima de 10K es un desperdicio. La razón es que ya tenemos impedancias de salida decentemente bajas (casi cero). No necesita una impedancia de salida cercana a cero y una impedancia de entrada ridículamente alta, ¡solo una de las dos!

Si no opta por una impedancia de entrada ridícula, tiene más libertad para usar etapas inversoras, que tienen varias ventajas sobre las no inversoras, como evitar el movimiento de entrada de modo común.