¿Cómo funciona este circuito de medición de voltaje de compensación OP-AMP?

Question

¿Cómo funciona este circuito de medición de voltaje de compensación OP-AMP?

abdullah kahraman

En la parte de Amplificadores Operacionales de la Universidad Analógica de National Semiconductor, vi un circuito de medición de voltaje compensado para un OP-AMP. Aquí está la página. He incluido algunos detalles y el esquema a continuación:

Dice que esta es una forma muy precisa de medir Vos. En LTspice, construí este circuito con dos LT1001 y la salida del OP-AMP se satura a +5V. Usé +5V y GND para los suministros.

En la página, dice que si se aplica +1V a la "Entrada del servo", la salida del DUT será de +1V. Puedo entender eso, ya que el Servo OP-AMP intentará hacer que ambas entradas sean iguales cambiando su voltaje de salida en consecuencia. Dado que casi no hay caída de voltaje en 10k en la entrada no inversora del Servo OP-AMP, la salida del DUT será de +1V.

Por ejemplo, digamos que el dispositivo bajo prueba tiene un voltaje de compensación de +500 μV y NO tiene errores de ganancia y la entrada del servo está configurada en +2,5 V. La salida del dispositivo bajo prueba ahora se establecerá en 2,5 V y el VOS estará en +500 mV, independientemente de la configuración de entrada del servo. Cualquier error de ganancia se sumaría junto con el voltaje de compensación y el resultado se multiplicaría por la ganancia del bucle (1000). Con la entrada del servo conectada a tierra, el circuito funciona básicamente como un circuito de prueba de "ganancia de 1000". El servoamplificador contribuye muy poco en la forma de errores de compensación (la compensación del servoamplificador se divide 'hacia abajo' por la ganancia del bucle).

No pude entender por qué Vos (¿salida del Servo OP-AMP?) estará a + 500 mV (esa es la ganancia multiplicada por el voltaje de compensación del DUT)? Ambos OP-AMP están en el circuito de retroalimentación del otro, sin embargo, DUT está en el circuito de retroalimentación positiva del Servo. ¿Porqué es eso? Sería genial que incluyeras Vos como fuente de voltaje cuando estés explicando.

(Estoy tan desconcertado y, por lo tanto, tal vez no estaba claro. Por favor, avíseme y editaré en consecuencia).

Esquemático

Respuestas (3)

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clabacchio · Answer 1

Primero, el DUT está en la retroalimentación positiva porque de esta manera tiene una ganancia inversora y otra no inversora en el bucle, de modo que multiplicándolas obtiene una ganancia global de bucle negativa.

En segundo lugar, la ganancia es 1000 porque Vin del DUT es Vos*50/(50K+50), por lo que si considera que V+ del DUT debería ser 0, solo se aplica el desplazamiento, por lo que la retroalimentación fuerza la salida a ser 1k veces el voltaje de compensación.

Creo que puede ver la salida de esta manera: suponga que la situación es la descrita y tiene un desplazamiento DUT de 500uV y, por lo tanto, un voltaje de salida de 500mV.

Ahora, si intenta perturbar la entrada del servo, la retroalimentación obliga a que la salida del DUT sea casi igual a la entrada del servo, restaurando el mismo voltaje de salida.

Nota: Voff es el nombre convencional para el voltaje de compensación de entrada, mientras que Vos es el voltaje de salida con Voff aplicado en los pines de entrada.

¿Dónde se aplicaron exactamente los Vos en DUT? Es decir, si quiero modelarlo, ¿dónde lo pongo?
Si considera que con una ganancia infinita, idealmente tiene 0 V entre V + y V-, coloca el voltaje de compensación como un generador entre los 2 pines dentro del amplificador operacional, como si pusiera V- a tierra, tiene Voff en el V + alfiler.
Entonces, la ecuación OP-AMP se convierte en: Vout=((V+)-(V-)+Vos)*AOL. ¿Bien?
Exactamente (lea el final de mi respuesta para la notación). Y ten en cuenta que Voff puede ser tanto positivo como negativo.
Lo siento, no entiendo tu duda; todo lo indicado sigue siendo válido, pero si corta las entradas en la configuración de bucle abierto, tendrá una salida Vos negativa.
Lo siento. Estoy atrapado entre el nivel abstracto y el nivel base. Lo tengo, de todos modos. Gracias.

jason s · Answer 2

El circuito es desconcertante al principio: puedo medir Vos del DUT simplemente incluyendo las dos resistencias de 50 ohmios y conectando la resistencia de 50K desde la entrada del DUT a la salida del DUT - ganancia de 1000, donde para Vos = 0, salida = 0, pero Vos = 100uV, salida = 1V.

Lo que está haciendo el segundo amplificador operacional ("servo") es asumir la responsabilidad de producir el voltaje de salida del circuito y desacoplar la salida del DUT para que la salida del DUT intente duplicar el voltaje en el nodo "Entrada del servo". . ¿Por qué haríamos esto? Para que podamos barrer el nodo "Servo Input" y ver cómo Vos del DUT varía con el voltaje de salida del DUT.

abdullah kahraman · Answer 3

Resolví mi problema, gracias a @clabacchio.

Comencemos con la ecuación general OP-AMP.

V_{o tu t} = (V^{+} - V^{-} + V_{o s}) \cdot A_{O L}

$V_{out}=(V^{+}-V^{-}+V_{os}) \cdot A_{OL}$

Lo sabemos:

V_{S mi r v o}^{-} = 2.5

$V^{-}_{Servo}=2.5$

V_{D tu T}^{+} = 0

$V^{+}_{DUT}=0$

V_{D tu T}^{-} = V o tu t_{S mi r v o} \cdot \frac{50}{50 k + 50}

$V^{-}_{DUT}=Vout_{Servo} \cdot \frac{50}{50k+50}$

V_{D tu T}^{-} = V o tu t_{S mi r v o} \cdot \frac{1}{1001}

$V^{-}_{DUT}=Vout_{Servo} \cdot \frac{1}{1001}$

Voy a asumir "1001" como "1000" aquí.

V_{o tu t_{S mi r v o}} = (V_{o tu t_{D tu T}} - 2.5 + V_{O S_{S mi r v o}}) A_{O L}

$V_{out_{Servo}} = \left ( V_{out_{DUT}} - 2.5 + V_{OS_{Servo}} \right ) A _{OL}$

V_{o tu t_{D tu T}} = (- V_{D tu T}^{-} + V_{O S_{D tu T}}) \cdot A_{O L}

$V_{out_{DUT}}=\left (-V^{-}_{DUT}+V_{OS_{DUT}}\right ) \cdot A_{OL}$

V_{o tu t_{D tu T}} = (- V_{o tu t_{S mi r v o}} \cdot \frac{1}{1001} + V_{O S_{D tu T}}) \cdot A_{O L}

$V_{out_{DUT}}=\left (-V_{out_{Servo}} \cdot \frac{1}{1001}+V_{OS_{DUT}}\right ) \cdot A_{OL}$

V_{o tu t_{D tu T}} = (- (V_{o tu t_{D tu T}} - 2.5 + V_{O S_{S mi r v o}}) A_{O L} \cdot \frac{1}{1000} + V_{O S_{D tu T}}) \cdot A_{O L}

$V_{out_{DUT}} = \left ( - \left (V_{out_{DUT}}-2.5+V_{OS_{Servo}} \right ) A_{OL} \cdot \frac{1}{1000}+V_{OS_{DUT}} \right ) \cdot A_{OL}$

V_{o tu t_{D tu T}} = - V_{o tu t_{D tu T}} \cdot \frac{A_{O L}^{2}}{1000} + 2.5 \cdot \frac{A_{O L}^{2}}{1000} - V_{O S_{S mi r v o}} \cdot \frac{A_{O L}^{2}}{1000} + V_{O S_{D tu T}} \cdot A_{O L}

$V_{out_{DUT}}=-V_{out_{DUT}} \cdot \frac{A_{OL}^2}{1000}+2.5 \cdot \frac{A_{OL}^2}{1000}-V_{OS_{Servo}} \cdot \frac{A_{OL}^2}{1000}+V_{OS_{DUT}} \cdot A_{OL}$

V_{o tu t_{D tu T}} \cdot (1 + \frac{A_{O L}^{2}}{1000}) = (2.5 - V_{O S_{S mi r v o}}) \cdot \frac{A_{O L}^{2}}{1000} + V_{O S_{D tu T}} \cdot A_{O L}

$V_{out_{DUT}} \cdot \left ( 1+\frac{A_{OL}^2}{1000} \right )=\left ( 2.5-V_{OS_{Servo}} \right ) \cdot \frac{A_{OL}^2}{1000}+V_{OS_{DUT}} \cdot A_{OL}$

Como 1 es mucho más pequeño que $\frac{A_{OL}^2}{1000}$ , se puede omitir.

Simplificando lo anterior, obtenemos:

V_{o tu t_{D tu T}} = 2.5 - V_{O S_{S mi r v o}} + V_{O S_{D tu T}} \cdot \frac{1000}{A_{O L}}

$V_{out_{DUT}}=2.5-V_{OS_{Servo}}+V_{OS_{DUT}} \cdot \frac{1000}{A_{OL}}$

V_{o tu t_{S mi r v o}} = (2.5 - V_{O S_{S mi r v o}} + V_{O S_{D tu T}} \cdot \frac{1000}{A_{O L}} - 2.5 + V_{O S_{S mi r v o}}) \cdot A_{O L}

$V_{out_{Servo}}=(2.5-V_{OS_{Servo}}+V_{OS_{DUT}} \cdot \frac{1000}{A_{OL}}-2.5+V_{OS_{Servo}}) \cdot A_{OL}$

V_{o tu t_{S mi r v o}} = V_{O S_{D tu T}} \cdot 1000

$V_{out_{Servo}}=V_{OS_{DUT}} \cdot 1000$

Bueno, el látex es un poco mejor ahora. Hay algo raro con la \ $ detección de escape. simplemente reemplazándolos con $ $ arregló mucho. Todavía hay algo mal con algunas de las ecuaciones, y no puedo resolverlo, ya que parecen ser válidas. Por un lado, parece que el sistema de rebajas está detectando algunos de los guiones bajos dobles como instrucciones de formato, en lugar de látex.
¿Y crees que la V- del Servo importa? Creo que también se podría poner a tierra.
No importa, sin embargo, como dijo @Jason S, nos permite ver si Vos del DUT varía con el voltaje de salida del DUT.
@FakeName Creo que hay una pequeña posibilidad de que no sea válido. Creé este equ. en goo.gl/pqAfE ¿Hay alguien que pueda ayudar a editar esto?
Ok, lo tengo funcionando completamente. Parece que mathjax no es completamente compatible con todas las opciones en látex. Su generador de ecuaciones estaba generando texto de doble subtexto como Main_{subtext}__{reallySubtext}. Esto parece ser un texto válido (se procesa cuando lo introduzco en un motor de texto diferente), pero hace que Mathjax vomite. Reemplazarlo con Main_{subtext_{reallySubtext}}hizo que ya no sea un error.
Si puede, verifique para asegurarse de que no arruiné las ecuaciones en ninguna parte de la línea.
Además, hubo un desvío \$que hizo que algunas de las ecuaciones no se analizaran con mathjax, pero eso fue mi culpa (en mi edición anterior).
Todavía hay algo extraño, pero estoy bastante seguro de que es un problema de intercambio de pila en este punto. Por ejemplo, \$ V^{+}_{DUT}=0 \$se representa correctamente, pero \$ V^{-}_{DUT}=Vout_{Servo}*\frac{50}{50k+50} \$se representa como texto sin formato. Reemplazar el \$con $$hace que ambos se rendericen correctamente. Parece haber alguna rareza en el mecanismo de detección de escape.
Abrí un informe de error sobre los \$problemas de escape. Míralo aquí si te interesa. meta.electronics.stackexchange.com/questions/926/…

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