amplificador totalmente diferenciado - Fully differential amplifier

Um amplificador diferencial totalmente ( FDA ) é um DC - acoplado de alto ganho de tensão electrónica amplificador com diferenciais entradas e saídas diferenciais. No seu uso normal, a saída do FDA é controlada por dois caminhos de realimentação, que, por causa de alto ganho do amplificador, determinam quase completamente a tensão de saída para qualquer dado de entrada.

Em um amplificador diferencial totalmente, de modo comum de ruído, tais como perturbações de fonte de alimentação é rejeitada; isto faz ZDP especialmente útil como parte de um circuito integrado de sinal misto .

Um FDA é muitas vezes utilizado para converter um sinal analógico para uma forma mais adequado para a condução em um conversor analógico-para-digital ; muitos modernos ADCs de alta precisão tem entradas diferenciais.

A FDA ideal

Para quaisquer tensões de entrada do FDA ideal tem infinito de ganho de ciclo aberto , infinito largura de banda , infinitas impedâncias de entrada resultam em correntes de entrada de zero, infinito taxa de variação , de zero a impedância de saída e de zero ruído .

No FDA ideal, a diferença das tensões de saída é igual a diferença entre as tensões de entrada multiplicado pelo ganho. A tensão de modo comum das tensões de saída não é dependente da tensão de entrada. Em muitos casos, a tensão de modo comum pode ser definido directamente por uma terceira entrada de tensão.

  • Tensão de entrada:
  • Voltagem de saída:
  • Saída de tensão de modo comum:

Uma verdadeira FDA só pode aproximar este ideal, e os parâmetros reais são sujeitas a variar ao longo do tempo e com alterações em temperatura, condições de entrada, etc. integrado moderna FET ou MOSFET ZDP aproximam mais de perto para que estes ideais CIs bipolares onde grandes sinais devem estar manuseado à temperatura ambiente ao longo de uma largura de banda limitada; impedância de entrada, em particular, é muito mais elevado, apesar da FDA geralmente bipolar exibem superiores (isto é, mais baixo) deslocamento de entrada deriva de ruído e características.

Onde as limitações dos dispositivos reais pode ser ignorada, uma FDA pode ser visto como uma caixa preta com ganho; função de circuito e os parâmetros são determinados por realimentação , geralmente negativa. Um FDA como implementado na prática é moderadamente complexo circuito integrado .

Limitações da verdadeira ZDP

imperfeições DC

  • Finito ganho - o efeito é mais pronunciado quando o design geral tenta atingir o ganho perto do ganho inerente da FDA.
  • Finito resistência de entrada - este coloca um limite superior nas resistências no circuito de realimentação.
  • resistência de saída diferente de zero - importante para cargas de baixa resistência. Exceto para a saída muito pequena voltagem, considerações de energia geralmente entram em jogo em primeiro lugar. (Impedância de saída é inversamente proporcional à corrente inativa no estágio de saída -. Muito baixos resultados atuais ociosas em impedância de saída muito alta)
  • Polarização de entrada de corrente - uma pequena quantidade de corrente (tipicamente ~ 10 nA para bipolares ZDP, ou picoamperes para CMOS desenhos) flui para dentro das entradas. Esta corrente é incompatível ligeiramente entre o entradas inversora e não inversora (não há uma corrente de entrada compensada). Este efeito é geralmente importante apenas para circuitos de potência muito baixa.
  • Entrada compensar tensão - a FDA irá produzir uma saída, mesmo quando os pinos de entrada são exatamente a mesma tensão. Para circuitos que requerem operação precisa DC, este efeito deve ser compensado.
  • Ganho de modo comum - Um amplificador operacional perfeito amplifica apenas a diferença de tensão entre suas duas entradas, rejeitando totalmente todas as tensões que são comuns a ambos. No entanto, a etapa de entrada diferencial de um FDA nunca é perfeita, levando à amplificação destas tensões idênticos em algum grau. A medida padrão de este defeito é chamada a razão de rejeição de modo comum (indicado, RRMC). Minimização de ganho de modo comum é geralmente importante em amplificadores não-inversora (descritos abaixo) que operam a alta amplificação.
  • Os efeitos da temperatura - todos os parâmetros variam com a temperatura. Derivação de temperatura da tensão de deslocamento de entrada é especialmente importante.

imperfeições AC

  • Finito largura de banda - todos os amplificadores têm uma largura de banda finita. Isto porque usar ZDP interno compensação de frequência para aumentar a margem de fase .
  • Entrada capacitância - mais importante para a operação de alta frequência uma vez que reduz ainda mais a largura de banda de malha aberta do amplificador.
  • ganho de modo comum - Veja imperfeições DC, acima.
  • Noise - todos os componentes eletrônicos reais gerar ruído.

imperfeições não lineares

  • Saturação - tensão de saída é limitado a um valor de pico, geralmente ligeiramente menos do que a fonte de alimentação de tensão. A saturação ocorre quando a voltagem de entrada diferencial é demasiado elevada para o ganho do op-amp, dirigindo o nível de saída para que o valor de pico.
  • Giro - tensão de saída do amplificador atinge sua máxima taxa de variação. Medida como a taxa de variação , isto é normalmente especificado em volts por microssegundo. Quando ocorre giratória, mais aumentos no sinal de entrada não têm qualquer efeito sobre a taxa de variação da saída. Giro é geralmente causada por capacitâncias internas no amplificador, especialmente aqueles utilizados para executar a sua compensação de frequência , particularmente usando divisão pólo .
  • Não- linear função de transferência - A tensão de saída pode não ser precisamente proporcional à diferença entre as voltagens de entrada. É comumente chamado de distorção quando o sinal de entrada é uma forma de onda. Este efeito será muito pequena em um circuito prático se o feedback negativo substancial é usado.

considerações de energia

  • Saída limitada de energia - se a saída de alta potência é desejado, um op-amp projetado especificamente para esse fim deve ser utilizado. A maioria dos amplificadores operacionais são projetados para operação de baixa potência e são normalmente apenas capaz de conduzir resistências de saída para baixo a 2 kW.
  • Limitada corrente de saída - a corrente de saída deve, obviamente, ser finito. Na prática, a maioria dos amplificadores operacionais são concebidos para limitar a corrente de saída, de modo a não exceder um nível especificado protegendo, assim, a FDA e circuitos associados contra danos.

comportamento DC

Ganho de malha aberta é definida como a amplificação a partir da entrada para a saída sem qualquer gabarito aplicado. Para cálculos mais práticos, o ganho de malha aberta é assumida como sendo infinita; na realidade não é, obviamente. Os dispositivos típicos exibem malha aberta de ganho DC variando entre 100000 e mais de 1 milhão; esta é suficientemente grande para o ganho de circuito a ser determinado quase inteiramente pela quantidade de feedback negativo utilizado. Op-amps têm limites de desempenho que o designer deve ter em mente e, por vezes, contornar. Em particular, a instabilidade é possível em um amplificador DC se aspectos AC são negligenciados.

comportamento AC

O ganho FDA calculado a DC não se aplica em freqüências mais altas. Para uma primeira aproximação, o ganho de um FDA típico é inversamente proporcional à freqüência. Isto significa que um FDA é caracterizada pelo seu produto de ganho de largura de banda . Por exemplo, um FDA com um produto de ganho de largura de banda de 1 MHz teria um ganho de 5 a 200 kHz, e um ganho de 1 a 1 MHz. Isto passa-baixo característica é introduzida deliberadamente, porque tende a estabilizar o circuito através da introdução de um pólo dominante. Isto é conhecido como compensação da freqüência .

Um típico baixo custo de propósito geral FDA terá um produto ganho largura de banda de alguns megahertz. Especializadas e de alta velocidade ZDP pode conseguir produtos ganho de largura de banda de centenas de megahertz. Alguns ZDP são mesmo capazes de produtos ganho largura de banda superiores a um gigahertz.

Referências

Veja também

links externos