¿Realmente necesito la impedancia de salida de bucle abierto de un amplificador operacional?

Hay varias respuestas en Internet y aquí sobre cómo calcular la impedancia de salida del opamp con una retroalimentación dada.

Sin embargo, mi intención es encontrar este valor con una configuración de bucle abierto porque se considera antes de la conexión de retroalimentación de la salida. Como aquí, la resistencia de salida vio antes que los Cgs:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Alguien dice que está escrito en la hoja de datos, pero tampoco pudo. En este último caso, deberíamos necesitar el circuito interno para estimarlo. ¿Es eso cierto? Si es así, ¿cómo puedo encontrar este valor de, por ejemplo, un LM324? Esa impedancia parece no estar presente dentro de la hoja de datos.

EDITAR: Pero puedo estar equivocado, en ese circuito necesito modelar la salida del amplificador operacional como un generador de voltaje + resistencia de salida. Estaba pensando en abrir el bucle solo porque la salida del sistema en el que la retroalimentación toma la señal no es la salida del opamp. Pero si me equivoco, puedo encontrar la resistencia de salida con la forma normal de circuito cerrado. ¿Seguiría siendo correcto incluso si la retroalimentación de mi circuito es una caída debido a una corriente y no al voltaje de salida directamente del opamp? Creo que la respuesta sería 'sí' porque, por supuesto, la salida aún depende de la salida del opamp.

Ok, según sus otros comentarios a algunas respuestas, la conducción MOSFET parece ser la aplicación ... y, además, está observando el comportamiento de alta frecuencia. (¡Todo esto debería haberse explicado en su pregunta!) En este escenario, al menos debería modelar el opamp usando el macromodelo de Boyle, que tiene dos resistencias en su salida (una da la resistencia de salida de alta frecuencia y su suma da la resistencia de CC). Pero tenga cuidado (vea mis comentarios a la respuesta de Spehro Pefhany) que incluso eso puede no ser lo suficientemente detallado dada la forma en que sus creadores modelan el LM124/LM324...
Bueno, no dije eso porque no es importante lo que estoy conduciendo. Lo importante es, con ese circuito dado, saber cómo estimar la resistencia de salida si miro dentro del amplificador operacional. (ese es un circuito equivalente simplificado de MOS, pero podría ser cualquier cosa, es una pregunta de propósito general). Entonces, la pregunta es ¿qué haría alguien que es "experto"? No pedir un trabajo hecho, sino un consejo, una indicación del camino correcto. Entonces, ¿usaría el macromodelo de Boyle para estimar cómo R out influye en el circuito?
Usaría el modelo más avanzado/elaborado (SPICE) para el opamp que puedo encontrar. Un solo valor óhmico (que parece ser lo que está buscando) probablemente no lo modele lo suficientemente bien, especialmente no de CC a alta frecuencia. Para algunas aplicaciones simples (bastante) de baja frecuencia, que primero pensé [en mi respuesta ahora eliminada] que podría estar preguntando, un solo valor óhmico servirá. Pero no por las cosas de alta frecuencia sobre las que estás preguntando. La respuesta de Spehro Pefhany está más cerca de la verdad, pero incluso él evadió extraer un solo valor de ese macromodelo...
Para análisis de alta frecuencia (entre otras cosas), el modelo multipolo cero (MPZ) es superior al de Boyle... pero solo encontrará uno para amplificadores operacionales relativamente nuevos. En realidad, el modelo LM124 SPICE de Nat Semi (ahora TI) parece ser uno de esos dado el inductor de salida que tiene.
Y una cosa más que debo mencionar (tal vez debería escribir una respuesta después de todo) es que "MPZ" es el nombre de TI para este tipo de modelo. Las mismas ideas generales, incluida la salida a través de un inductor, se denominan "modelo ADSpice" por AD.
NB: hay una nota de la aplicación Apex (AN10) para esto: apexanalog.com/wp-content/uploads/2012/10/AN10U_D.pdf

Respuestas (3)

La impedancia de salida de bucle abierto de un opamp rara vez se especifica, si es que alguna vez se especifica. Sin embargo, la capacidad máxima de fuente y sumidero de corriente suele serlo.

Por lo tanto, debe ir con la hoja de datos y considerar la salida opamp como una fuente actual dentro de la capacidad actual máxima especificada. Por lo tanto, su impedancia debe considerarse infinita, ya que esa es la impedancia de una fuente de corriente perfecta.

En realidad, la impedancia no será infinita, pero no sabes cuál será. Los amplificadores operacionales de salida CMOS probablemente parezcan en su mayoría resistivos, pero el modelo de fuente actual en realidad puede estar más cerca de los amplificadores operacionales de salida bipolares.

En cualquier caso, no intente leer en la hoja de datos lo que no dice. Sólo se le garantiza lo que garantiza. Asuma el modelo de fuente actual al diseñar el circuito, y todo debería funcionar. Si diseña correctamente el circuito, la impedancia de salida de bucle abierto será irrelevante de todos modos. En el caso de lazo cerrado, la impedancia de salida, al igual que la ganancia, será gobernada por la retroalimentación.

je. Este es un buen ejemplo de por qué nunca debes confiar completamente en las simulaciones. El modelo que incorpore a la simulación puede corresponder o no al dispositivo real, o al menos no lo suficientemente cerca de su aplicación particular. Las simulaciones son excelentes para algunas cosas, pero los modelos basados ​​en hojas de datos, con sus cualidades no especificadas, no sustituyen a un dispositivo real en un circuito real.
@olinlathrop Leí enlaces y cosas por ahí, y por lo que escuché y leí, lo que dices parece la mejor manera menos exotérica de considerar las cosas. Si asumo el modelo de fuente actual, como sugiere, ¿de qué manera "debería funcionar todo"? Cuando conduzco cargas máximas, siempre veo el valor Ro. Creo que me estoy perdiendo algo.
Casi olvido una precisión: el LM324 no es un sumidero como otros, pero tiene una configuración de emisor común normal, por lo que idealmente debería ser cero (y no infinito). También está el circuito de protección que introduce una variación, etc. Y dado que tengo una ganancia de retroalimentación de bucle cerrado alta, creo que esa impedancia podría ser aún menor. Pero se aplica la ley de Murphy.

La suposición habitual es que es menos de 100 ohmios para amplificadores operacionales normales (no de muy baja potencia) y, a menudo, mucho peor para amplificadores operacionales de muy baja potencia. Es posible que pueda encontrar una estimación del valor nominal mediante la ingeniería inversa del modelo SPICE (aunque el artículo de AD vinculado a continuación indica que el modelado de Ro puede ser bastante inexacto).

Es un número importante (especialmente el límite superior de la resistencia de salida de bucle abierto) si anticipa una carga capacitiva sustancial del amplificador operacional y desea evaluar la estabilidad, pero desafortunadamente generalmente no está directamente garantizado. Por lo general, encontrará alguna garantía de estabilidad (como el margen de fase) con una carga capacitiva determinada en la hoja de datos. A partir de eso, podría trabajar hacia atrás hasta un límite en la resistencia de salida.

Como dice Olin, depender de parámetros que no están directa o indirectamente garantizados en la hoja de datos es una mala ingeniería, por lo que es mejor aislar esa carga capacitiva o, de lo contrario, hacer que el circuito sea relativamente insensible a la resistencia de salida, incluso si resulta ser relativamente alta. su circuito seguirá funcionando según las especificaciones.

Editar, re su edición:

La resistencia de salida de lazo abierto puede afectar la estabilidad del circuito, especialmente con carga capacitiva, porque pone otro polo en la ruta de retroalimentación. Si esto es una consideración, debe tener una idea de cuál es esa resistencia, aunque no se especifica directamente en la hoja de datos, por lo que es una buena idea tener una idea aproximada de cuál es el valor nominal y los límites, de lo contrario, está solo suponiendo que será estable. En el caso de que se use una resistencia y retroalimentación de CA para estabilizar el circuito ( lo que se denomina compensación en bucle ), aún debe tener alguna base para elegir el valor de esa resistencia. es 50 Ω Ok, o debe ser 1000 Ω ?

Aparte de las consideraciones de estabilidad, normalmente no necesitamos pensar demasiado en la resistencia de salida de bucle abierto del amplificador operacional; se reduce efectivamente por la ganancia, por lo que tiende a ser insignificante si la ganancia del amplificador es alta en comparación con la precisión requerida.

Hice una EDICIÓN, que parece ser más coherente con su sugerencia de no depender de valores no declarados. Compruébalo y déjame decirte si es correcto, si quieres.
De hecho, miré el modelo LM124 SPICE (de Nat Semi ahora TI) y lo comparé con el macromodelo Boyle (papel), que usa dos resistencias (una es la impedancia de salida de CA a alta frecuencia, y su suma da la impedancia de salida de CC ) pero tengo problemas para aplicar ese esquema al modelo LM124 SPICE real, que tiene 3 resistencias (y un inductor) en su etapa de salida. Dado que mencionó invertir el modelo SPICE (sonrisa malvada), podría ser ilustrativo si pudiera resolver el LM124 como ejemplo.
Lo remito a la nota de aplicación de AD vinculada donde se desaconseja. ;-)
Por cierto, el modelo LM124 de TI parece ser un MPZ , no Boyle, dado el inductor de salida que tiene.
Gracias por el enlace. Le echaré un vistazo. No parece una pregunta simple saber el Ro del opamp, ¿no? En mis viejos apuntes de electrónica, he encontrado la compensación de frecuencia con cargas capacitivas. El polo de alta frecuencia, que depende del Ro, estaría por debajo de 0dB con alguna compensación RC. Pero para cuantificar dónde está, un Ro literal está presente dentro de la ecuación. En los ejercicios prácticos, siempre hemos despreciado la capacitancia en las cargas: en aquellos casos en los que, de lo contrario, se necesitaría Ro.
Una campana suena en mi cabeza cuando leo "en comparación con la precisión requerida". Sé que la ganancia de bucle está bastante cerca de Ad, debido a la ganancia de voltaje cercana a uno. Necesito pensar en eso, porque toda su valiosa ayuda está relacionada con algunas técnicas exóticas que normalmente no se usan. Mi objetivo final es encontrar un análisis de frecuencia correcto con un 5%/10% de precisión solamente (dado por los componentes), nada especial.
Bueno, si está buscando una precisión del 0,1% con una ganancia de 1, solo necesita una ganancia de bucle abierto de 1000, por lo que parece que está bien, ya que incluso los peores amplificadores operacionales generalmente tienen ganancias mínimas garantizadas en el Decenas de miles. Las cosas se ponen un poco más complicadas con los filtros activos de alto Q; es posible que deba multiplicar por el Q del filtro.
La sugerencia de buscar en el modelo SPICE funciona mejor para el NE5532/NE5534 más mundano. TI proporciona solo un macromodelo Boyle estándar de pantano con RO1 50 y RO2 25. Entonces, en CC, la resistencia de bucle abierto es de 75 ohmios y en alta frecuencia es de 50 ohmios.
Parece que el esquema en el enlace AD ​​para la compensación en bucle es incorrecto, ya que muestra una retroalimentación positiva para el OpAmp. Por lo demás buen enlace.
@gsills Wow, eso podría hacer tropezar a un neófito. Nunca me di cuenta de que estaba mal, y supongo que tampoco los autores.
Sí, no lo vi al principio, pero algo me hizo dudar. ¿Qué?
@RespawnedFluff Sin ninguna ingeniería inversa sofisticada, simplemente conecté un LM324 en PSPICE con compensación aplicada para que estuviera dentro de los 100 mV o menos de 0 V (+/- 7.5 V suministros) y nada conectado a la salida. Aplicó una onda sinusoidal de 2 mA pp 10 Hz a la salida y obtuvo una oscilación de 128,54 mV en la salida (alrededor de +18 mV a -109 mV), por lo que la resistencia de salida es de 64,3 ohmios. No irrazonable.
@Spehro Pero su método le brinda la ruta solo a baja frecuencia. Creo que puedo usarlo como punto de partida, de todos modos. (Todavía necesito encontrar algo de tiempo para leer un poco más profundamente el enlace AD ​​y la ganancia de unidad de estabilidad vinculada en la otra respuesta).
@thexeno Solo porque elegí una frecuencia baja para el estímulo. Podría hacer un barrido y obtener magnitud o magnitud y fase en un amplio rango. Por supuesto que no puedes hacer esto tan simplemente en la realidad.
De acuerdo. Solo para enfocar mejor el problema: para lograr una baja precisión en las ecuaciones (> 20%) de las frecuencias del primer y segundo polo, ¿debería hacer ese barrido en SPICE y modelar la impedancia para ponerlo en la variable Ro, o un ¿Se puede hacer una suposición familiar más general como lo sugiere gsills? (tenga en cuenta que aún no leí el enlace de otros, la respuesta puede estar allí)
@thexeno ¿Por qué no simplemente simular todo su circuito?
Lo haré, pero hablaré de eso aquí: electronics.stackexchange.com/questions/146297/… , ya que estoy tratando de dividir los problemas.
@spehro su enlace AD ​​dice que no tiene que confiar en SPICE al considerar a Ro. Además, es bastante desalentador cuando dice "el procedimiento de diseño se convierte en un juego de adivinanzas y una pesadilla de creación de prototipos". Entonces, parece que este es un circuito que necesita mucho diseño empírico.
No es tan malo, pero muchas veces las personas encuentran que un amplificador oscila o es solo marginalmente estable porque no consideraron algún efecto secundario. Asumir que R0 es insignificante es una suposición que puede regresar y morderte en los cuartos traseros.
@spehro La simulación muestra un solo polo a 1Mhz y la amplitud prácticamente se conecta a tierra a 0V después de 10Mhz. Leí la salida de la fase de la resistencia de detección. Siguiente paso: intente calcular esto en el papel y monte eso (tan pronto como pueda poner mis manos en un generador de señal). Parámetros: Rs 0.33ohm y Vin 0.33Vac (0.165Vdc) con LM324+BUZ70

Como Olin dice impedancia de salida de bucle abierto ( Z o ) rara vez se especifica. Es porque no es solo una resistencia constante, sino que generalmente es una función de la frecuencia y la temperatura, y tampoco es realmente lineal. Como dice Spehro, no es muy importante, excepto por la estabilidad o la capacidad de conducción. Pero dado que parece que está tratando de controlar un FET con un LM324, probablemente le importe mucho.

Mientras Z o rara vez se da, impedancia de salida de bucle cerrado ( Z oCL ) es mucho más común. Con Z oCL y ganancia del amplificador ( A v ), Z o se puede calcular Por lo general, se da una curva de ganancia unitaria y, a partir de la clásica ecuación de retroalimentación de Black, Z o se puede calcular como:

Z o = ( A v + 1 ) Z oCL

El LM324 está en la misma familia que el LM611 , que muestra una curva de Z oCL . Ahora, la etapa de salida del LM611 se mejoró con respecto al LM324 para reducir la distorsión cruzada, por lo que Z o será un poco mejor pero similar al LM324.

Impedancia de salida LM611

Primero, puede ver que la impedancia de salida de esta familia de amplificadores operacionales es alta. Una vez fuera del ancho de banda de ganancia del OpAmp, Z o y Z oCL volverse igual. Entonces, para LM324, LM611 Z o es ~ 1KOhm. Pero en realidad no es resistivo. De hecho, solo es resistivo entre aproximadamente 300 Hz y 10 KHz. Entre 10KHz y 300KHz Z o parece volverse inductivo (en realidad, solo hay algo de no linealidad que lo hace parecer inductivo). Es posible calcular Z o de esta curva para Z oCL .

Una curva como la de Z oCL suele ser la mejor información que obtendrá de una hoja de datos.

También relevante aquí podría ser " Problema de estabilidad en ganancia unitaria OpAmp ".

Eso probablemente explica por qué hay un inductor de salida en el modelo LM124/LM324 SPICE que entrega TI.
@Respawned: no he mirado su modelo, pero podría serlo, y también parece estar cerca de 1 mH.
Tengo algunas preocupaciones sobre el modelo Zo sobre un cambio de frecuencia. Como trazar un diagrama de Bode en Matlab: necesito una aproximación de función. Siento que está mal, me parece demasiado loco. Pero como puedo leer en la nota de aplicación de AD, tal vez debería adoptarse un poco de diseño empírico. D'oh :)
¿Realmente necesito la impedancia de salida de bucle abierto de un amplificador operacional?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v