Unterschied zwischen zwei Operationsverstärker-Topologien mit Verstärkung +1

Ich habe zwei differenzielle Treiberschaltungsdesigns, die einen Single-Ended-Eingang verwenden und als Ausgang ein gepuffertes Paar von +1 und -1 mal dem Eingang bereitstellen, und ich habe Mühe, den Unterschied zwischen den beiden zu verstehen.

In Schaltung A ist der invertierende Eingang des unteren Operationsverstärkers (U104B, konfiguriert für eine Verstärkung von +1) über R117 mit Masse verbunden. Dies ist die "Standard" -Topologie, soweit ich das beurteilen kann, und ich verstehe, wie sie funktioniert. (Beachten Sie, dass die Bezeichnungen falsch zu sein scheinen, sodass der obere Operationsverstärkerausgang mit der Bezeichnung „Diff Out+“ eine Verstärkung von -1 und der untere mit der Bezeichnung „Diff Out-“ eine Verstärkung von +1 hat.)

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In Schaltung B hingegen ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers mit äquivalenter Verstärkung +1, U12A (der obere), über R41 mit dem Eingangssignal verbunden . Der nicht-invertierende Eingang ist ebenfalls direkt mit dem Eingangssignal verbunden.

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Warum könnte jemand den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers mit Verstärkung +1 mit dem Eingangssignal und nicht mit Masse verbinden, wie in der "normalen" nicht invertierenden Operationsverstärker-Topologie? Vielleicht weniger Rauschen? Bessere Gleichtaktunterdrückung? (Ich mache mir keine Sorgen um die Operationsverstärkertypen oder die zusätzlichen Widerstände und Kondensatoren am Ausgang und an der Rückkopplung - nur die Unterschiede zwischen den Eingängen in den beiden Schaltkreisen).

Antworten (2)

Der obere Operationsverstärker von Schaltung B arbeitet als (positiver) Unity-Gain-Verstärker - und R41 spielt eine besondere Rolle!

In vielen Fällen hat eine Unity-Gain-Konfiguration einen zu kleinen Phasenabstand (Sprungantwort mit Nachschwingeffekt oder sogar Instabilität). Hier haben wir eine Schaltung (Einheitsverstärkung) mit wählbarer Schleifenverstärkung , die auf jeden Wert eingestellt werden kann, um eine "gute" und ausreichende Phasenreserve zu gewährleisten. Daher können wir sogar Operationsverstärker verwenden, die nicht mit der Einheitsverstärkung kompensiert sind.

In dieser Schaltung ist der Rückkopplungsfaktor k = –R41/(R41 + R40) und kann ausgewählt werden, ohne die Regelkreisverstärkung von Eins zu berühren. Außerdem können nun beide Verstärkerschaltungen (die obere und die untere) für R40/R41=R43/R44 exakt die gleiche Schleifenverstärkung haben (gleiche Phasenreserve, gleiche Sprungantwort).

Ohne formale Berechnung können wir sehen, dass die Spannung Vp am Nicht-Inv. Eingang ist Vp=Vin . Für einen idealen Operationsverstärker mit Vn = Vp = Vin fließt kein Strom durch R41 und daher auch kein Strom durch R40. Daher haben wir Vout=Vin und Vout/Vin=1.

Es ist also im Wesentlichen eine freie Möglichkeit, die Schleifenverstärkungen der beiden Differenzverstärker genau anzupassen? Das ist Schlau! Ich denke, diese Konfiguration eignet sich gut für Situationen, in denen der Operationsverstärker später gegen ein anderes Modell ausgetauscht werden könnte - so dass Anpassungen möglich sind, um Verstärkungsspitzen durch geeignete Wahl von R41 zu verhindern.

In der zweiten Schaltung funktioniert es wie gezeigt – es fließt sowieso kein Strom durch R41 – aber es sieht nach einem Fehler aus. Um die Bias-Ströme auszugleichen, sollte R41 zwischen Diff_In und dem nichtinvertierenden Eingang angeschlossen werden, und R40 sollte als einziges mit dem invertierenden Eingang verbunden werden.

Aber aus dem gleichen Grund sollte auch ein 2,5k-Widerstand zwischen U12B Pin 5 und Masse liegen.

Es kann sein, dass der Designer dachte, dass U12A durch das Anschließen von R41 wie gezeigt das "gleiche Ungleichgewicht" der Vorspannungsströme aufweisen würde wie U12B, aber so funktioniert es nicht.

Nein - es ist kein Fehler ... stattdessen ein sehr vielseitiges Design für eine Einheitsgewinnstufe (siehe meine Antwort)
Unterschied zwischen zwei Operationsverstärker-Topologien mit Verstärkung +1
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