¿Necesito hacer una ruta de CC en la entrada de un amplificador operacional?

Escuché que se necesita una ruta de CC en la entrada de un amplificador operacional, o el amplificador operacional no funcionará porque no hay una ruta para la corriente de polarización de entrada. (en la imagen a continuación, R1 proporciona una ruta de CC para la corriente de polarización de entrada)ingrese la descripción de la imagen aquí

Pero si uso MOSFET para diseñar un amplificador operacional, ¿todavía hay corriente de polarización de entrada (la puerta de MOSFET no tiene corriente)? ​​¿O todavía necesito agregar R1 para que el amplificador operacional funcione?

si se necesita R1, ¿se puede conectar a una fuente de voltaje de CC o se debe conectar a tierra?

Respuestas (4)

Como dicen las otras respuestas, necesita R1 para definir el voltaje de entrada de CC.

Para responder a la segunda parte de la pregunta: R1 se puede conectar a una fuente de CC que no sea GND, siempre que tenga en cuenta su efecto en el voltaje de salida.

En otras palabras, si lo conecta a 1V y la ganancia del circuito en CC es 10, la salida se establecerá en 10V CC. Si Vs es +5V, eso no puede suceder, por lo que la salida se establecerá en algún lugar cercano a 5V y permanecerá allí mientras Vin (AC)> -1V.

Esta polarización de CC en la entrada se puede utilizar para varios propósitos: por ejemplo, compensar una entrada de audio de CA (+/-2 V, por ejemplo) a un rango de 0,5 a 4,5 V para la conversión en un ADC con un rango de entrada de 0 a 5 V. Conectaría R1 a 2.5V y establecería la ganancia opamp en 1 (es decir, eliminaría R2)

Sí, generalmente quieres la resistencia allí. Forma un filtro de paso alto con C1, y normalmente querrá que la constante de tiempo sea lo suficientemente corta como para que el nivel en la entrada no inversora se estabilice razonablemente rápido, pero lo suficientemente larga como para que la frecuencia de corte del filtro de paso alto deje pasar el deseado. señal.

El voltaje de salida del amplificador operacional (sin entrada ni alimentación aplicada) se estabilizará cerca de (1+R3/R2) veces el voltaje en el extremo inferior de R1. Entonces, si conecta R1 a tierra, el voltaje de salida debe estar cerca de cero (ignorando la corriente de polarización multiplicada por R1 y el voltaje de compensación de entrada del amplificador operacional). Si lo conecta a algo que no sea 0V, el voltaje de salida puede ser diferente de 0V e incluso puede saturarse.

Si omitió R1 y usó un amplificador operacional de muy baja fuga y un condensador de baja fuga, entonces podría parecer que funciona, tal vez incluso durante bastante tiempo, pero eventualmente el voltaje promedio de salida probablemente se desviará hacia un riel u otro. Si usó un condensador con fugas relativamente como un electrolítico bipolar, entonces podría funcionar bien, aunque bajo algunas condiciones el condensador podría cargarse (aplicar un voltaje más allá de +/-Vs a la entrada, por ejemplo) y podría tomar varios minutos para recuperar.

Si la ganancia es alta, es posible que desee agregar otro capacitor en serie con R2, lo que reducirá el voltaje de compensación de salida máximo ya que el voltaje de compensación de entrada ya no se amplificará.

Exactamente. Si tuviéramos que eliminar R1 por alguna razón, simplemente estableceríamos la resistencia en 10M o 100M o 1G. Eso detendrá la mayor parte de la deriva causada por los cambios de humedad con fugas a través del plástico. Pero si es un amplificador operacional de 8 pines con +Vin pin3, al lado de -Vcc pin4, entonces, con bastante rapidez, +Vin se desplazará a -Vcc. Mejor no hacer R1 = 1G ohm, o simplemente está creando un detector de humedad (¡o un producto donde la entrada cambia a -Vcc cuando se usa en cualquier lugar cerca de un océano!) Pruebe 22M en su lugar.
@wbeaty De acuerdo. En condiciones ideales, la fuga real puede ser estúpidamente baja; por ejemplo, el LMC6001 generalmente tiene una fuga de 10 fA a temperatura ambiente (máximo 25 fA), por lo que un capacitor modesto (y perfecto) de 0.1 uF solo se desplazaría 100 nV / segundo típicamente. Muy desagradable ya que cualquier fuga o lo que sea lo desactivaría indefinidamente.

Si bien parte de la función de la resistencia es proporcionar una ruta para la corriente de polarización de entrada, también se necesita para establecer un nivel de CC allí. Con una entrada FET conectada a un capacitor, esencialmente no hay una ruta de CC y, por lo tanto, la entrada podría permanecer cargada a un voltaje de CC arbitrario casi indefinidamente. Entonces sí, quieres la resistencia en un amplificador FET.

Habiendo dicho eso, debería poder usar un valor de resistencia mucho más alto en un amplificador FET.

Pero de acuerdo con el modelo T, la puerta (entrada) del MOSFET no tiene flujo de corriente y la entrada solo está conectada a C1, ¿por qué la entrada se puede cargar en esta situación?
Eso no es cierto, la corriente es tan pequeña que se puede considerar cercana a cero, pero definitivamente es corriente que fluye allí. Considerar un circuito abierto en la puerta de un MOSFET es una simplificación útil, pero pregúntele a cualquier ingeniero que trabaje con electrónica de alta frecuencia y verá que ya no puede considerar un circuito abierto en la entrada.
Recuerde que "0V" es solo una etiqueta que pegamos en los nodos del circuito. Sin un enlace de CC en su lugar, el voltaje en el nodo puede terminar dependiendo de todo tipo de cosas, incluidas las corrientes de fuga, el voltaje en la entrada, los voltajes de polarización internos dentro del amplificador operacional y si alguien tocó el tablero hace unas horas.
Un opamp real no tendrá solo una puerta FET simple en el pin, también habrá diodos de protección ESD y la posibilidad de fugas en la placa PCB. No puede predecir cómo esta fuga cambiará la V en el pasador.
Si quisiera eliminar R1, entonces necesitaría un amplificador operacional MOS sin diodos de protección, y donde el pin de suministro negativo no estaba al lado de +Vin. Además, monte el chip muerto al revés, con los cables conectados a través del aire. Agregue también una gota grande de GLPT rojo o similar, cubriendo las conexiones, para bloquear las fugas en la superficie. Eso proporciona una entrada de CC de Z extremadamente alta, para picoamperímetros, detectores de iones, etc.
Entonces, ¿la corriente de polarización de entrada cargará la tapa parásita a tierra que está conectada a la entrada y cambiará el voltaje de CC de entrada sin R1?

Una corriente de polarización fija el punto de funcionamiento inactivo de un dispositivo; tiene un propósito específico. No existe tal corriente que fluya hacia los pines de entrada operativos de un amplificador operacional. Hay una pequeña corriente de fuga, pero no es una corriente de polarización. En el circuito, R1 podría omitirse (aunque la función de transferencia cambiaría) y no habría efectos operativos perjudiciales; el circuito seguiría funcionando felizmente.

Cualesquiera que sean las corrientes de polarización requeridas, se obtienen de los voltajes de suministro y son completamente independientes de cualquier señal operativa que pueda estar presente.

No es verdad. Si falta R1, la carga en la puerta del transistor de entrada no está definida. A menudo es -Vcc, ya que muchos paquetes de amplificadores operacionales colocan su +Vin al lado del pin-4, el suministro negativo. Durante segundos/minutos/horas, la fuga a través de la caja cargará el +Vin a un valor negativo grande.
@wbeaty Entonces, ¿la corriente de polarización de entrada cargará la tapa parásita a tierra que está conectada a la entrada y cambiará el voltaje de CC de entrada sin R1?
@mamama Sí, ya que las corrientes de fuga son impredecibles. Vería una deriva de CC en el pin de entrada, lo que podría ocurrir en milisegundos para el amplificador BJT u horas para MOS (y más lento en proporción al mayor valor de C, por supuesto). Si R1 es demasiado grande, incluso una pequeña fuga producirá un voltaje significativo en el pin de entrada. Intente esto: reemplace R1 con un botón, cortocircuite temporalmente el pin de entrada a tierra y observe qué sucede con los voltios de salida cuando suelta el botón.
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