Sự quan trọng của dải điện áp đầu vào pptx

Chào mọi người
Hôm nay mình xin viết lại một bài viết về sự quan trọng của “dải điện áp đầu vào”
của một opamp
Thực tế ra trước đây mình cũng không để ý mấy về khái niệm này,nhưng khi check
mail và nhận được 1 mail từ forum cho những người sử dụng ltspice sau:
Hi.
Thanks for your reply.
After reading the datasheet more carefully and once you pointed out the input voltage range (V- + 1V) I understand what's wrong
with my circuit.
Thank you.
In , "Helmut" <helmutsennewald@ > wrote:
>
> In , "cobalt2656" <cobalt2656@> wrote:
> >
> > Hello.
> >
> > I try to simulate LT1880 as a non-inverting buffer amplifier
> > Av = 1 with a single supply power V+ conneted to +3.3V and
> > V- to GND. RL = 1k.
> > Why doesn't the output voltage follow the non inverting
> > input voltage when the input voltage is below 1V.
> >
> > For example
> > 1. Vi+ = 900mV => Vo = 914mV (?)
> > 2. Vi+ = 500mV => Vo = 766mV (?)
> > 3. Vi+ = 1V => Vo = 1V (OK)
> >
> > Is there something wrong with the simulation model or have
> > I misunderstood something.
> > I was about to use this amplifier in a RTD circuit but now
> > I'm not sure is it suitable for my purpose. maybe some other

> > amp.
> >
> > Thank you
> >
>
>
> Hello,
>
> The output range of the LT1880 is rail to rail, but not the
> input range.
> I agree that this is not so obvious from a first look to the
> datasheet.
>
> Below is the relevant text from the datasheet:
> />>
> Input Common Mode Range
> The LT1880 output is able to swing nearly to each power
> supply rail, but the input stage is limited to operating
> between V– + 1V and V+ – 1.2V. Exceeding this common
> mode range will cause the gain to drop to zero, however
> no gain reversal will occur.
>
> Best regards,
> Helmut
>
Mình xin tóm tắt lại phần mail trên như sau:
Người có nick là “cobalt2656” này hỏi:
Cobalt2656 thiết kế một mạch lặp điện áp,sử dụng opamp LT1880,anh ta sử dụng
nguồn đơn 3.3V để cấp cho LT1880
Nhưng điều mà cobalt2656 ko hiểu chính là:

“Why doesn't the output voltage follow the non inverting input voltage when the input voltage is below 1V.”
Khi cho điện áp đầu vào dưới 1V thì điện áp đầu ra sẽ không bằng điện áp đầu
vào,còn bình thường với điện áp 1V đầu vào thì đầu ra sẽ cho 1V.
Dưới đây là hình ảnh mình mô phỏng trong LTSPICE,với tín hiệu đầu vào là
500mV
Nhìn vào đồ thị rõ ràng là Vout- Vin=V(2)- V(1)=16mV > Vmax offset =
150µV=0.15mV
Bình thường nếu mạch lặp điện áp là đúng thì có thể coi
Vout = Vin + offset voltage
Với tín hiệu đầu vào thấp hơn nữa,chẳng hạn 100mV chẳng hạn thì kết quả còn sai
lệch lên tới 110mV,lớn hơn rất nhiều

Chú ý:
Do LT1880 có một điện áp “input offset voltage” nên trong trường hợp “mạch lặp điện áp” thì
Vout sẽ phải chênh hơn so với Vin một lượng offset,trong trường hợp này là 26µV
Vout = Vin + Voffset
Như vậy là thắc mắc của cobalt2656 là đúng,vậy liệu có phải là LTSPICE mô
phỏng bị sai hay ko???
Chúng ta hãy cùng xem qua datasheet của LT1880
Một đoạn được trích ra từ datasheet
Từ đó,ta có một vài điểm chính cần quan tâm ở đây là:
 Offset voltage: 150µV Max
 Rail-to-Rail output swing(để ý những phần mình khoanh lại và chú thích)
Theo datasheet của LT1880 thì ta có tỉ lệ phân bố “input voltage offset” là
Trong phần mô phỏng của LTSPICE mình thấy họ lấy giá trị offset là xấp xỉ 26µV
chứ ko phải là giá trị maximum 150µV,điều này cũng phù hợp với đồ thị phân bố tỉ
lệ “input offset voltage”
Quay trở lại vấn đề trên
Trong trường hợp đầu vào tín hiệu V(1)=100mV,500mV chúng ta đã thấy
Vout > Vin + Vmax offset voltage

Bây giờ với tín hiệu đầu vào tăng lên gần 1V ví dụ 800mV,900mV thì ta sẽ có hình
ảnh mô phỏng như sau:
Như vậy,với điện áp vào gần 1V thì rõ ràng đầu ra vẫn có sự chênh lệch tương đối
nhỏ so với đầu vào cỡ 0.026mV(coi như gần bằng với điện áp offset)
Còn đây là hình ảnh với đầu vào từ 1V trở lên(tức là từ cực V- + 1V)
Ta thấy rằng điện áp ra V(2) lúc này chỉ còn hơn điện áp vào V(1) một lượng
không đổi là 0.000026V=26µV= Voffset voltage
Tức là với trường hợp điện áp đầu vào 1V trở lên(hoặc có thể dưới 1V 1 chút như
800mV,900mV) thì mạch này có tác dụng lặp điện áp chuẩn hơn
Vout = Vin + Voffset
Vậy tại sao điện áp đầu vào phải lớn hơn 1V thì mạch “lặp” mới hoạt động đúng
?
Helmut trả lời như sau(helmut giống như người điều hành diễn đàn,và có kiến thức
rất rộng )
“ The output range of the LT1880 is rail to rail, but not the input range.
Input Common Mode Range
The LT1880 output is able to swing nearly to each power supply rail, but the input stage is limited to operating between
V– + 1V and V+ – 1.2V. Exceeding this common mode range will cause the gain to drop to zero, however no gain reversal
will occur.”
theo datasheet của LT1880 thì:
Dải điện áp đầu ra của LT1880 là “rail-to-rail”(tức là dải điện áp ra có thể gần như
bằng với dải nguồn cấp cho opamp,vd: nếu dải điện áp nguồn là (0 to 3.3V) thì dải
điện áp ra sẽ là (0.055V to 3.05V),xem lại datasheet phần mình khoanh đoạn “rail-
to-rail output swing” để biết rõ nha )
Nhưng đầu vào của LT1880 lại ko phải là “rail-to-rail” mà là “input common
mode range”.Tức là đầu vào sẽ bị giới hạn trong một dải nào đó,chứ ko còn là
toàn bộ dải điện áp nguồn cung cấp cho opamp nữa
cụ thể ta hãy xem qua datasheet LT1880 như sau:
như vậy,trong trường hợp dùng nguồn đơn 3.3V thì Vcm “Input voltage range” là
từ (1V to 2.1V)

Vì vậy mà với những tín hiệu đầu vào có điện áp nằm ngoài khoảng này thì sẽ
làm cho opamp hoạt động không còn chuẩn xác như mong muốn nữa
Dẫn tới mạch “lặp” sẽ không còn chuẩn xác nữa
Từ đó ta thấy được tầm quan trọng của việc nắm rõ “dải điện áp đầu vào và ra”
của opamp
Ví dụ: nếu ta dùng LT1880 với nguồn đơn để lặp tín hiệu có biên độ nhỏ như
điện tim thì sẽ ko phù hợp
Do đó,khi tra một datasheet của một opamp,chúng ta cũng nên tìm lướt xem xem
dải điện áp ra,điện áp vào của opamp có đáp ứng đủ yêu cầu của mạch cần thiết
kế ko
Tài liệu sử dụng trong bài
Datasheet LT1880
Phần mềm mô phỏng LTSPICE