Wie wiederholbar ist die Ausgabe eines Operationsverstärkers?

Ich habe Schwierigkeiten, Informationen darüber zu finden, wie wiederholbar die Ausgabe eines Operationsverstärkers in dieser einfachen Komparatorkonfiguration ist. Geben Sie folgendes Schema an:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich weiß, dass ein echter Operationsverstärker eine Eingangsoffsetspannung ungleich Null hat, sodass die tatsächliche Differenzspannung, die erforderlich ist, um den Ausgang auf 0 V zu bringen, für einen Jellybean-Operationsverstärker einige mV betragen kann. Im obigen Beispiel könnte die tatsächliche Spannung also 2,503 V betragen und auch mit der Temperatur driften, aber angenommen, die Temperatur bleibt konstant, wie wiederholbar ist sie? Wiederholbar bedeutet zu zwei Zeitpunkten, wie unterschiedlich können die Eingangsspannungen sein, damit der Ausgang gleich ist?

Da ich kein EE bin, kann ich leider nicht herausfinden, wie man ein Opamp-Datenblatt richtig liest. Wie finde ich heraus, wie wiederholbar die Ausgabe eines Operationsverstärkers wirklich ist?

Bonusfrage: Ist die Ausgabe eines Operationsverstärkers wiederholbarer als die Ausgabe eines Komparators oder eines Schmitt-Triggers? Wie kann ich das anhand des Datenblattes herausfinden?

PS: Ich habe einige Tests mit einem LM393 und einem 74hc14 durchgeführt und mit den Spannungsreferenzen und Multimetern, auf die ich Zugriff habe, sehe ich so gut wie keinen Unterschied. Eine Änderung des Eingangs um 10 µV ändert den Ausgang zuverlässig zwischen 5 V und 0 V (natürlich bei einer anderen absoluten Spannung).

Um den Zweck näher zu erläutern: Der Eingang ist ein analoges Signal mit einer relativ hohen Auflösung. Der tatsächliche Wert des analogen Signals interessiert mich nicht, aber ich muss genau wissen, wann es einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Der absolute Wert der Schwelle spielt keine Rolle, solange er möglichst konstant bleibt.

1. Ihr Schaltplan zeigt nicht den Rückkopplungswiderstand, den Ihre tatsächliche Schaltung hat. Es kostet Sie keine zusätzlichen Kosten, damit wir genau wissen, nach welcher Schaltung Sie fragen. 2. Haben Sie erwogen, anstelle eines Operationsverstärkers oder eines Schmitt-Trigger-Gatters einen als Komparator konzipierten Chip zu verwenden? 3. Welchen Operationsverstärker möchten Sie verwenden, wenn Sie einen Operationsverstärker verwenden müssen?
Wiederholbarkeit ist nie spezifiziert. Was angegeben ist, ist Genauigkeit. Aber es gibt Ihnen eine Vorstellung davon, was Sie erwarten können (und so etwas wie 74hc14 ist in der Tat viel schlechter als ein Komparator und eine Referenzspannung). Wie auch immer, was ist dein Ziel? Wie viel mV/µV Abweichung können Sie tolerieren?
Der Eingang ist ein Signal zwischen 0V und 5V und ich könnte eine Abweichung von etwa 100µV tolerieren. Ist das 5V/100µV = 50 mV/µV oder 100µV/5V = 2*10^8 mV/µV?
Wenn Sie "von Moment zu Moment" sagen, bedeutet dies, dass sich Ihr Eingangssignal zeitlich ändert. Wie schnell ändert es sich?
Von Moment zu Moment bedeutet, dass an einem Tag ein bestimmtes Eingangssignal und an einem anderen Tag ein anderes anliegt. Nehmen wir an, ich habe am Montag eine Eingangsspannung von 2,50000000000 V und am Dienstag 2,49999999999 V. Bekomme ich die gleiche Ausgabe? (Angenommen, die Referenz am nicht invertierenden Eingang ist immer genau 2,50000000000 V)
@ClaytonLouden, dann müssen Sie den Rauschpegel Ihres Signals berücksichtigen (Übersprechen, was auch immer). In Ihrem Beispiel variiert das Ergebnis von 0 bis 1 und ändert sich wahrscheinlich zu anderen Zeitpunkten sehr schnell zwischen 0 und 1, je nach Temperatur und Umgebungsfeuchtigkeit oder Vorhandensein eines aktiven Mobiltelefons oder eines fünf Meilen entfernten UKW-Senders oder der Nähe zu deine eigene Hand. Es ist ein Verstärker.

Antworten (2)

Die wichtigsten Spezifikationen, nach denen Sie suchen, sind „Langzeitstabilität“ und „Temperaturkoeffizient der Offsetspannung“.

Wenn Sie einen sehr genauen Vergleich mit einer Referenz durchführen möchten, ist es üblich, einen Präzisionsverstärker mit einer bescheidenen Verstärkung, z. B. 100x, vor einem konventionelleren Komparator zu verwenden.

Schauen Sie sich zum Beispiel den OP177 mit seiner maximalen Spezifikation von 0,3 uV/C für den Eingangs-Offset gegenüber der Temperatur und einer typischen Eingangs-Offset-Drift von 0,3 uV pro Monat an. Diese sind eine Größenordnung oder besser als billige Operationsverstärker und Komparatoren in Kochqualität. Dies ist mein bevorzugtes Gerät für kostengünstige (digikey $ 6 in Ones für die höchste F-Klasse) hochpräzise Arbeit. Wenn ein Verstärker oder Komparator Drift/Zeit nicht angibt, dann können Sie davon ausgehen, dass es schlimmer ist!

Bei einer Stabilität in der Größenordnung von uV bei 2,5 V liegt Ihre Schwierigkeit tatsächlich nicht im Vergleichssystem, sondern in der Referenzspannung. Der Trick, um eine gute Referenzstabilität zu erhalten, besteht darin, a) ein Gerät zu wählen, das für Drift gut spezifiziert ist (vergrabener Zener ist der Typ, auf den man achten muss) b) es kontinuierlich 24/7/365 laufen zu lassen c) mit einer geregelten Spannung d) mit einer Konstante Temperatur. Benutzer verwenden häufig zwei kaskadierte Stufen der Spannungs- und Temperaturregelung, da dies die Stabilitätsanforderungen für diese erleichtert.

Wie überprüfen Sie, ob Sie eine stabile Spannung haben? Bauen Sie zwei oder drei Systeme und vergleichen Sie sie.

Wohlgemerkt, wenn Sie einen anständigen Low-Drift-Verstärker und eine Low-Drift-Referenz haben, ist die Stabilität des Prozesses, den Sie messen, auf dieser Ebene aussagekräftig?

Dies ist nur eine Vermutung, aber ich vermute, dass, wenn Ihr befreundeter Ingenieur sagt, dass ein als Schmitt-Trigger konfigurierter Operationsverstärker oder Komparator präziser ist als ein gewöhnlicher Schmitt-Trigger, er oder sie von einem Logic Gate (IC) Schmitt-Trigger spricht wie 74HC14.

Er oder sie hat absolut recht, WENN es das ist, womit sie vergleichen. Die absoluten Spannungsschwellen eines typischen Logikgatter-Schmitt-Triggers weisen eine große Varianz auf.

Es hängt wirklich davon ab, wofür Sie Ihren Schmitt-Trigger benötigen. Wenn Sie präzise Spannungsschwellenwerte benötigen, verwenden Sie Komparatoren, die als Schmitt-Trigger geschaltet sind. Wenn das Ziel darin besteht, ein verrauschtes Logiksignal zu bereinigen, ist der grobe Schmitt-Trigger mit Logikgatter wahrscheinlich ausreichend.

Hmm ... Aber die Genauigkeit ist mir egal. Mir geht es um die Wiederholbarkeit. Ich muss bei derselben Spannung schalten, aber der tatsächliche Wert dieser Spannung ist mir egal. In diesem Fall: Ist ein Komparator oder ein Opamp deutlich besser als ein 74HC14? Wie finde ich das heraus, indem ich das Datenblatt lese?
Wenn Sie Wiederholbarkeit sagen, meinen Sie von Moment zu Moment, oder werden Sie 100 davon bauen und Sie brauchen, dass sie alle den gleichen Schwellenwert haben?
Von Moment zu Moment.
Es ist einfacher, die erforderliche Genauigkeit für Komparatorfehler anzugeben, als alle schlechten und guten Entscheidungen zu analysieren. Dies hängt vom Signalspektrum, der Reichweite und dem SNR von der Quelle und dem schlimmsten Fall von Vio (T, Vcc) ab. Wie viele Teile pro Million oder mV?
Wie wiederholbar ist die Ausgabe eines Operationsverstärkers?
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