توضیح تأثیر منبع تغذیه سوئیچینگ بر تقویت کننده عملیاتی

توضیح تأثیر منبع تغذیه سوئیچینگ بر تقویت کننده عملیاتی

به طور کلی، قبل از ورود سیگنال های آنالوگ به تراشه ADC، تقویت کننده های عملیاتی باید برای تهویه سیگنال استفاده شود تا تبدیل سطح لازم، فیلتر کردن، هدایت تراشه ADC و غیره را فراهم کند. هنگامی که تقویت کننده عملیاتی با ADC ارتباط برقرار می کند، به راحتی تحت تأثیر منبع تغذیه قرار می گیرد، که همچنین بر پایداری تراشه ADC تأثیر می گذارد. شکل 2 یک نمودار رابط معمولی از یک تقویت کننده عملیاتی و یک ADC است.

اکثر پایانه های ورودی آنالوگ در تراشه های ADC دارای یک خازن نمونه برداری Cin هستند و مقاومت R1 جریان خروجی تقویت کننده عملیاتی را محدود می کند. هنگامی که سوئیچ SW بسته می شود، خازن سرامیکی C1 چندین برابر خازن نمونه برداری به سرعت خازن نمونه برداری Cin را از طریق C1 شارژ می کند. مقادیر ویژه R1 و C1 مربوط به پایداری تقویت کننده عملیاتی، زمان ته نشینی، زمان نمونه برداری ADC و دقت نمونه برداری مورد نیاز است.

در اینجا باید به این نکته اشاره کرد که منبع تغذیه آمپلی فایر عملیاتی نیز در فرآیند فوق نقش بسزایی خواهد داشت. هنگامی که خازن توسط تقویت کننده عملیاتی شارژ می شود، فوراً به جریان زیادی نیاز است و زمان پاسخگویی بار منبع تغذیه سوئیچینگ کافی نیست، که باعث ایجاد موج بزرگ منبع تغذیه می شود و بر خروجی تقویت کننده عملیاتی تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، اگر C{0}}Cin=250pF، آنگاه هنگامی که SW از کانال دیگری (با فرض -5V) به کانال AI0 تغییر می‌کند (با فرض +5V) )، Cin از -5V به ولتاژ +5V در C1 تغییر می کند و C1 Cin را به سرعت شارژ می کند. * ولتاژ نهایی (5V×10-5V)/11=4.09V است و خروجی تقویت کننده عملیاتی از 5V خواهد بود.

به خصوص هنگامی که از پمپ شارژ برای تامین یک منبع تغذیه منفی کوچک به تقویت کننده عملیاتی -VCC استفاده می شود، ولتاژ خروجی پمپ شارژ با افزایش بار کاهش می یابد که این اثر را آشکارتر می کند. مشخص شد که وقتی تقویت‌کننده عملیاتی از منبع تغذیه تنظیم‌شده خطی DC استفاده می‌کند، نتایج کسب 12-بیت ADC بسیار پایدار است و تغییرات نتایج می‌تواند زیر 1LSB باشد. در مقابل، هنگامی که از دستگاه پمپ شارژ استفاده می شود، اگر خروجی پمپ شارژ تا حد زیادی فیلتر نشود، نتیجه اکتساب ADC تا 3LSB می لرزد. اگر R1 به 100Ω افزایش یابد، C1=10Cin. بدون در نظر گرفتن مقاومت خروجی تقویت کننده عملیاتی، مقدار * جریان خروجی تقویت کننده عملیاتی باید (5-4.09)V/100Ω=9.1mA باشد که کمتر از * جریان خروجی زیاد تقویت کننده عملیاتی عمومی. با این حال، اگر R1 بیش از حد بزرگ باشد، به وضوح فرکانس سیگنالی را که می توان توسط ADC جمع آوری کرد، کاهش می دهد. در طول "ردیابی" این کانال توسط ADC، تقویت کننده عملیاتی نمی تواند شارژ C1 و Cin را کامل کند، که باعث می شود تفاوت بین این نمونه برداری و ولتاژ ترمینال ورودی تقویت کننده عملیاتی زیاد باشد که باعث ایجاد اعوجاج هارمونیک می شود.