Hi Electroboy,
Laten we eens je laatste schema nemen met de door jou gekozen AD8031.
Kijk in de datasheet, als eerste wordt er opgegeven dat het een lage spanning en laag vermogen RR opamp is voor de ingangen en de uitgang.
Mooie comby van eigenschappen!
Maar we zijn er nog niet, één eigenschap heb ik nog niet benoemd en dat is zijn grote bandbreedte.
Als er zaken exceptioneel zijn aan een opamp, dan kan je er vanuit gaan dat er een aantal eigenschappen niet zo goed zijn.
En wat zijn die nu waar je rekening mee moet houden.
Als eerste jouw Spice schema, daar staan weerstandwaarden in die niet passen bij een breedbandige schakeling.
Opamp's die in verhouding snel zijn, verlangen lage weerstand waarden, vaak kan je al een indruk krijgen van de waarden van de weerstanden aan de hand van voorbeelden in de datasheet.
In de datasheet staat vermeld dat het -3dB punt bij een gain van 1x en klein signaal 80MHz is.
En de volgende rede is, als je verder de datasheet in gaat en kijkt bij de bias current, zit je goed.. die is tussen 0,45 en 2µA.
Die 2µA geeft bij een 100K weerstand een 200mV DC fout, en ja, die kan je met R5 in je schema enigszins corrigeren,
maar hou wel rekening met de bias offset current die tussen de 50 en 500nA zit.
Dus 1% weerstanden gebruiken om je bias goed te cancelen is niet echt zinnig.
Behalve de bandbreedte en bias current is er nog een rede om bij een breedband opamp de waarden van de weerstanden in verhouding laag te houden.
En die rede het ruis gedrag, de hogere waarde weerstanden hebben zelf al een hogere ruiswaarde, maar die wordt van tafel geveegd door de ruis die optreed
als je die hoge waarden gebruikt bij deze opamp.
Zoals hierboven aangegeven loopt er veel stroom in of uit de opamp ingangen, dat zijn dus de bias stromen van de ingang transistoren.
Dat zijn er in totaal vier stuks, dit omdat het een RR input opamp is.
In de datasheet bij het kopje Input Stage Operation kan je de ingang transistoren zien, dat zijn Q2 en Q3, voor de positieve commonmode en Q13 2n Q17 voor de negatieve commonmode.
Ook is zichtbaar of eigenlijk niet zichtbaar dat er bias compensatie aanwezig is bij de twee ingangen, vandaar de in verhouding hoge bias stromen.
Als je goed kijkt zie je ook dat in de verschil trapjes emitter weerstanden zijn toegepast bij de ingan transistoren, dat verslechterd de ruis maar geeft wel een betere bandbreedte.
Het zijn allemaal afwegingen die de fabrikant maakt als ze een opamp ontwerpen, wat is het belangrijkste doel, hier dus niet een perfecte DC instelling maar grote bandbreedte, RR voor de input, bij een laag energie verbruik.
OK, terug naar de ruis, als je kijkt naar de ruis bij 1Khz dan is die niet eens zo slecht 15nV/√Hz, voor de echte indruk zal je naar de grafieken moeten kijken die het ruisgedrag aangeven, kijk hiervoor bij plaatje 25.
Het kantelpunt voor de spanningsruis zit rond de 100Hz en dat is nog vrij goed.
Kijk je nu voor de stroomruis, dan zit dat kantelpunt rond de 100KHz en dat is niet echt goed.
Zou je deze opamp ook toepassen als lage frequenties ook van belang zijn dan zal je in verhouding tot een goede opamp veel stroomruis ervaren.
In het kort breedbandige opamp verlangen lage weerstand waarden en dit dus om meerder redenen.
Opamp’s met Fet ingangen heb je wel wat meer ruimte, dit omdat de bias ruis daar veel minder is, maar reken jezelf niet rijk, de parasitaire capaciteiten zijn daar ook aanwezig, en heb je een Fet ingang opamp met lage ruis, dan is de ingang capaciteit bijna altijd hoger dan die van een normale opamp.
En die capaciteit moet je in je terugkoppel circuit weer compenseren.
Bij moderne opamp die niet in extremen doen zoals de door jouw als voorbeeld genomen AD8031 kunnen vaak zonder bias compensatie weerstand.
Bij het doorrekenen van je schakeling kan je kijken of die extra weerstand nuttig is, dat doorrekenen noemen ze "Error Budget"
Het kan zijn dat je de AD8031 als willekeur gekozen hebt, helemaal goed zou ik zeggen, nu heb je een mooi voorbeeld waarom de gekozen weerstand waarden niet optimaal zijn.
Als je goed in LT Spice bent, kan je het ruisgedrag van de schakeling laten berekenen met verschillende waarden van de weerstanden.
Oja, denk nu niet dit: ik neem i.p.v. 200K en 100K, 200Ω en 100Ω, voor kleine signalen gaat dit wel, maar je zal altijd rekening moeten houden
met de stroom die de uitgang van de opamp lineair kan leveren!
Groet,
Bram