¿Existe alguna ciencia (o truco) para determinar un amplificador operacional de reemplazo?

Tengo un diseño de circuito "maduro" que requiere un amplificador operacional LF411. Lo construí con un PDIP de orificio pasante y funciona bien. Ahora estoy diseñando una PCB SMD para el circuito, así que tengo la oportunidad de revisar la selección del dispositivo y quizás elegir un componente más moderno para algunos de los elementos de la lista de materiales.

Este parece ser el tipo de situación que un EE en ejercicio debe encontrar de vez en cuando. ¿Existe alguna ciencia o tal vez una pequeña bolsa de trucos para seleccionar un dispositivo de reemplazo cuando su predecesor quizás se haya vuelto viejo o incluso obsoleto?

En este caso particular, inicialmente (algo apresuradamente) usé un TL071 en el prototipo porque tenía uno a mano. Resultó tener una compensación de voltaje de entrada sustancialmente mayor y en este circuito (fuente de alimentación de laboratorio de CC) no permitió que el voltaje de salida se ajustara completamente a cero. Obtuve un LF411 real unos días después y eso arregló las cosas muy bien.

Entonces, sé que necesito una precisión razonable, en lo que respecta a la compensación de voltaje, y también noté que es una entrada JFET, por lo que la corriente de entrada es bastante pequeña.

Podría rehacer el análisis del circuito y simular, etc. para esencialmente "volver a especificar" la pieza. (O simplemente podría quedarme con un LF411 en un SOIC). Pero quería aprovechar la oportunidad de revisión y me preguntaba cómo un diseñador de circuitos analógicos en ejercicio abordaría el problema.

¿Algún consejo para un novato bien entrenado pero prácticamente sin experiencia?

La ciencia detrás de esto es comprender para qué sirve el amplificador operacional y comprender qué propiedades debe tener para cumplir con su trabajo.
@PlasmaHH - Entonces, ¿está afirmando que no hay heurísticas involucradas y que la única alternativa es revisar el análisis completo?
Saltaré aquí y diré que sí, se requiere un análisis completo del circuito alrededor del amplificador operacional y un conocimiento más amplio de lo que se pretende que haga.
@scanny: sí, pero ya debería haber hecho la mayoría al seleccionar la t-ésima versión...
@PlasmaHH - Sí, en este caso tengo todos los bits de análisis y simulación a mano. Me preguntaba sobre el caso general.
AD posiciona el suyo AD711 como reemplazo/mejoramiento directo, así que tal vez considere eso. LT sugiere su LT1055, pero no es compatible con pines, pero dado que haces un rediseño de la placa de todos modos...
@scanny: en el proceso de selección habitual, tiene un rango para la mayoría de los parámetros, y el amplificador operacional seleccionado se ubicará en cualquier lugar dentro del rango. Sin embargo, al mirar el amplificador operacional, no se puede deducir ese rango, por lo que no se puede saber si un amplificador operacional que no tenga exactamente los mismos valores coincidiría.
Respuesta fácil: el fabricante suele sugerir un reemplazo

Respuestas (1)

Comience con los requisitos de la fuente de alimentación: ¿funciona el posible reemplazo en los rieles de alimentación suministrados? Luego, en un tema similar, determine la cantidad de ondulación o ruido en esas líneas eléctricas para asegurarse de que el reemplazo tenga cifras de rechazo de fuente de alimentación adecuadas (o tal vez mejores que el amplificador operacional actual). Mire los gráficos de la hoja de datos para esto. Deben informarle las cifras de PSRR en una amplia gama de frecuencias. Si el posible amplificador operacional no tiene gráficos, no lo use.

El rango de modo común de entrada y las expectativas de cuán grande es la señal de salida que debe producir podrían venir a continuación. Claramente, elegir un amplificador operacional que tenga un mejor rango de entrada y salida está bien, pero, en realidad, esto puede limitar las opciones, por lo que es importante un análisis del circuito y estudiar las expectativas de lo que se le podría pedir al amplificador operacional.

Es importante tener en cuenta el producto de ganancia de ancho de banda: ¿el posible amplificador operacional tiene suficiente para cumplir con las expectativas de ganancia y ancho de banda del diseño? ¿Tiene suficiente velocidad de respuesta para manejar señales de salida de rango completo a la frecuencia más alta requerida? Una vez más, puede elegir un dispositivo mejor, pero esto (y todos los demás parámetros) pueden limitar sus opciones, por lo que siempre es una buena idea darse cuenta de cuáles son las expectativas del diseño de destino.

No voy a entrar en detalles más allá de hacer una lista y todos son generalmente importantes de una forma u otra: -

  • Voltaje de compensación de entrada (produce un error de voltaje de salida de CC que es "ganancia" x compensación de entrada)
  • Deriva del voltaje de compensación de entrada con la temperatura (no se puede anular)
  • Compensación de entrada/corrientes de polarización y su deriva con la temperatura (solo preocupante cuando las resistencias alrededor de las entradas y la retroalimentación tienen un valor medio a alto)
  • Cifras de ruido de baja frecuencia y densidades de ruido de entrada equivalentes para tensión y corriente
  • Ganancia de CC de bucle abierto (básicamente produce un error de CC, importante cuando se almacenan referencias de voltaje que deben ser extremadamente precisas, por ejemplo).
  • Margen de fase y margen de ganancia: produce zumbido y posiblemente oscilación
  • Relación de rechazo de modo común
  • Estabilidad de ganancia en configuraciones de baja ganancia; consulte también los márgenes de fase/ganancia
  • Opciones de paquete
  • Capacitancia de entrada (por ejemplo, puede producir errores de filtro y puede crear un ruido de alta frecuencia considerable)
  • Capacidades de la unidad de corriente de salida
  • Corriente de cortocircuito (podría ser demasiado alta y destruirse a sí misma)
  • Capacidades de carga de salida (incluida la capacitancia y el sobreimpulso)
  • Requisitos de desacoplamiento de la fuente de alimentación y de la corriente de la fuente de alimentación
  • El tiempo de asentamiento puede ser importante de vez en cuando
  • Rango de temperatura ambiental
  • Limitaciones de voltaje de entrada diferencial (si se usa como comparador)
  • Impedancia de salida dinámica en bucle cerrado/bucle abierto: los amplificadores operacionales deficientes a este respecto podrían no ser buenos filtros activos, especialmente cuando no funcionan con ganancia unitaria.
  • Problemas de inversión de la señal de entrada (algunos amplificadores operacionales invertirán la señal de entrada cuando las entradas tengan una amplitud demasiado grande)
  • Máxima disipación de potencia
  • TotalHarmonicDistortion versus frecuencia (importante para aplicaciones de audio, por ejemplo)
  • Posibles problemas de sensibilidad a la luz ambiental (puede ser un problema con muchos amplificadores operacionales y también en la región IR)
  • Tiempos de recuperación de sobrecarga positiva y negativa

Con suerte, si se considera todo lo anterior, debería estar bien.

Buena lista. +1. Supongo que debería incluir todos los números en la hoja de datos más algunas cosas que pueden no estar allí, o solo están disfrazadas (la entrada que puede soportar un gran voltaje diferencial, pero consume mucha corriente, el amplificador operacional que tiene picos masivos que salen de las entradas, etc.).
@SpehroPefhany No puedo decir que haya usado muchos amplificadores operacionales, por lo que "el amplificador operacional que tiene picos masivos que salen de las entradas" suena interesante. ¿Puedes contarnos una historia y editaré la respuesta?
La mayoría, tal vez todos, los tipos de deriva cero tienen buenas corrientes de polarización 'promedio' bajas, pA o lo que sea, pero picos relativamente grandes en kHz (la frecuencia interna de cero automático). Por ejemplo, el AD8639 tiene una corriente de polarización típica de 1,5 pA, pero picos de 1,7 uA . Seis órdenes de magnitud superior...
OK entendido ahora!
¿Existe alguna ciencia (o truco) para determinar un amplificador operacional de reemplazo?
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