¿Dónde se encuentra el voltaje mínimo por encima del riel negativo que un amplificador operacional puede generar en sus hojas de datos?

Estaba planeando usar un UA741CP (de TI) como amplificador diferencial (para obtener un valor actual de una resistencia de derivación y luego administrar ese valor al ADC de una MCU para evitar el ruido). Sin embargo, noté que sin importar lo que hiciera, el voltaje de salida nunca parecía bajar de 1.78 V (cuando VCC- está conectado a tierra).

Me doy cuenta de que este amplificador operacional no fue diseñado específicamente para usarse como amplificador diferencial; sin embargo, el fabricante indicó en la hoja de datos que el dispositivo era un amplificador operacional de uso general y ninguna de las especificaciones mencionadas abordaba esta característica. Además, corríjame si me equivoco, supuse que cualquier amplificador operacional sería adecuado como amplificador diferencial siempre que lo polarice correctamente. (Las resistencias de 1k en cada rama darían una salida de Vin1 - Vin2, ganancia diferencial unitaria).

Hoja de datos para el UA741CP: https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/25580/STMICROELECTRONICS/UA741CP.html ingrese la descripción de la imagen aquí

alimentación: Vcc- = TIERRA Vcc+ = 3,3 V

página 3, aproximadamente 3/4 del camino hacia abajo, etiquetado como +/-Vopp (tenga en cuenta que esta tabla asume Vcc +/-15V.
Sugeriría un amplificador operacional más moderno que el 741 de medio siglo de antigüedad. Muchos amplificadores operacionales en estos días no tienen las limitaciones del 741 y probablemente sean más baratos.
@DKNguyen Ya publiqué el esquema, ¿podría explicar por qué cree que podría haber cometido un error?
¡No hay nada de malo en usar un 741 como amplificador diferencial, y fue un amplificador operacional de "propósito general" perfectamente bueno cuando fue diseñado en el siglo pasado! . Pero lo que está buscando es un amplificador operacional de "suministro único" que definitivamente no es el antiguo 741.
Las especificaciones de la hoja de datos del viejo 741 opamp muestran un suministro de 30 V, pero algunos gráficos muestran que algunos de ellos funcionan un poco con un suministro de 10 V. Sus entradas y salidas no funcionan cuando el suministro es de solo 3.3V.
@AHZ La razón por la que dije que Vcc nunca es negativo y Vcc- es una mala etiqueta. es Vcc y Vss
Solo para asegurarse: ¿está preguntando por qué el circuito del esquema cargado no funciona como esperaba? -Vcc conectado a tierra, Rg conectado a tierra, +Vcc al suministro de 3.3V?
más o menos, como dije en la publicación original, no esperaba que el amplificador operacional generara una salida estable de 2V en una condición baja.
@brhans, ¿cuál es la diferencia entre un suministro único y un amplificador operacional de suministro dual? en teoría deberían ser iguales o me estoy perdiendo algo aquí? También esto es lo que TI tiene para compartir sobre este tema ti.com/lit/an/sloa030a/…
No sé si hay una especificación 'oficial' de lo que es un opamp de 'suministro único', pero la especificación mínima generalmente aceptada es que, como mínimo, debe poder conducir su salida muy cerca de su riel de suministro negativo: probablemente dentro de 100 mV o menos. Mejor si también puede operar con una o ambas entradas en o cerca del riel negativo también. El venerable viejo 741 falla en ambos requisitos.
@brhans, ¿entonces se puede decir que todos los amplificadores operacionales de riel a riel también son amplificadores operacionales de suministro único?
Sí, lo son, y los amplificadores operacionales de suministro único son de riel a riel 'solo en la mitad inferior'. Algunos ejemplos antiguos comunes serían el LM358 o el LM324: ambos funcionarán felizmente cerca de su riel negativo, pero ni las entradas ni la salida deberían o pueden acercarse más de 1.5V-2V al riel positivo.

Respuestas (2)

La respuesta de DKNguyen aborda las limitaciones en el cambio de voltaje de entrada, pero creo que preguntó sobre el cambio de salida. Eso generalmente se especifica bastante directamente en la hoja de datos como "oscilación de voltaje de salida" o algo así, generalmente calificado con carga.

En el caso del LM741 de TI, por ejemplo:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto le dice que cuando usa rieles de +/-15 V, puede esperar que la salida pueda oscilar (típicamente) a +/-14 V si la carga es liviana (10K). Bajo una carga más pesada, cuando el amplificador operacional expulsa más corriente, se reduce la oscilación. Puede ver por qué mirando la etapa de salida LM741:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La corriente de salida empuja a través de las resistencias en los emisores y cae más y más voltaje a medida que aumenta la corriente. Incluso si las resistencias fueran cero, estaría limitado por la saturación del colector-emisor de los transistores.

No puede comprar un opamp con especificaciones "típicas". Puede obtener un opamp con especificaciones mínimas o máximas. Siempre diseño circuitos para que cada parte que cumpla con las especificaciones mínimas y máximas permita que cada producto que fabrique funcione perfectamente sin fallas.
¡Uy! leí totalmente mal

Aparece de manera diferente en diferentes hojas de datos. He visto dos o tres formas.

A veces, literalmente, enumerará el rango del modo común de entrada en relación con los rieles de voltaje (es decir, Vcc - 3V y Vss + 3V).

Otras veces hay que inferirlo porque da el voltaje máximo y mínimo de entrada en una tabla donde se han especificado los rieles de voltaje. Si hace esto, entonces debe restar los voltajes para encontrar qué tan cerca está de los rieles y luego usar ese valor para otros voltajes y esperar que no cambie demasiado.

El que mencionas es el último. Enumera +/- 12 V con un voltaje de suministro de +/- 15 V de voltaje de entrada, lo que significa que la entrada puede estar dentro de los 3 V de cualquiera de los rieles de voltaje.

Los amplificadores operacionales destinados a la amplificación diferencial de derivaciones de corriente del lado alto están optimizados para un CMRR alto en una entrada de modo común alto.

Aprecio los consejos que has dado. ¿Es posible que me recomiendes algún documento que pueda ayudarme a entender por qué sucede esto? (Supongo que tiene una relación con la clase del amplificador, pero no estoy muy seguro).
@AHZ Quiero decir ... eso es diseño opamp. se trata del comportamiento del transistor dentro del opamp.
¿Dónde se encuentra el voltaje mínimo por encima del riel negativo que un amplificador operacional puede generar en sus hojas de datos?
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