[参考译文] OPA541：输出波形底部的失真

Zhonghui、您好！

请提供 OPA541电路的原理图。 报告说："电路模式简单、正向输入、比率为1比4。" 这是否意味着它具有4V/V 的增益？  

此外、我很难从 O 示波器图像中确定输出电压摆幅。  O-示波器的 V/div 设置是什么？ 如果输出摆动仅为几百毫伏、则可能是交叉失真。  输出波形最初是否未失真、然后随着 OPA541的发热而失真？ 我在图中看到了散热器。 是否有 θ、散热器到环境的额定值？

谢谢您、Thomas

精密放大器应用工程  

尊敬的 Thomas：

感谢你的答复。

μ ①Circuit 图：

②The μ V 电压/div 设置、y 轴的每个栅格为100mV

③Whether 这是一个发热问题：

答：失真波形出现在开头。 当输入电压为100mV 时、振幅衰减由 opa541前面的电阻电压引起。 在 Opa541的四倍增益放大后、输出的峰值为278mV、电流不大。 该器件的温度是手动测量的室温。 这是正常现象、没有高温现象。 当频率调整为10Hz 时、失真将不明显。 频率越大、失真越明显。

谢谢！

此致、

Zhonghui、您好！

感谢您提供有关 OPA541应用程序的完整信息以及失真及其如何以更低的频率提高的详细信息。

所有这些信息都支持我最初的想法、即失真通常 称为交叉失真。 OPA541使用 AB 类输出级在不驱动大电流负载时节省工作电流。 当输出电压接近0V 时、输出级中的晶体管几乎关闭。实际观察到的是输出 晶体管基极-发射极电压特性、因为一个输出晶体管将负载电流交给另一个输出晶体管。 一个灌入电流、另一个拉取电流。 晶体管接近关断的区域是非线性的、这是失真的来源。  

通常施加的负反馈可降低交叉失真。 因此、电路运行的闭环增益(ACL)越低、特定频率下的交叉失真越低。 由于运算放大器的开环增益(Aol)随着频率降低而增加、因此环路增益(Aol - acl)会增加、失真也会随之降低。 这就是为什么您会观察到随着频率变低而失真减少的原因。

对于 OPA541在1kHz 输入频率下运行的应用、+4V/V 增益并不是不合理的 ACL。 遗憾 的是、交叉失真是功率运算放大器 AB 类输出级的固有特性、例如 OPA541所用的特性。 我们无法对运算放大器本身执行任何操作来消除这种类型的失真。 但是、可能有一些因素会使其有所降低：

1. 放大器电路的工作 ACL 为+4V/V、但在同相输入之前有 R31、R32分压器。 包括分压器时的总增益为+2.8V/V 如果可以消除输入分压器、则 OPA541可以在+2.8V/V 的总体 ACL 下运行 这种较低的 ACL 会增加 OPA541运行时的环路增益、这有助于降低交叉失真。 电路更改将涉及移除700欧姆分压电阻器 R32、并将反馈电阻器 R29从3k 更改为1.8K。我不知道这将减少多少失真、但 应该在 O 示波器上注意到这一点。
2.  进一步减少失真的另一种技术是在复合放大器电路中操作 OPA541。  这需要在 电路中添加一个额外的运算放大器、这样您就可以得到每个运算放大器的 Aol 的乘法。 整体 AOL 产品远高于仅 OPA541产品。 这样做将需要进行设计并对 PC 板进行完整的重新布局。 复合放大器有时难以稳定、通常需要补偿。 如果采用这种布局、则环路增益将非常高、这应对交叉失真产生重大影响。

希望这些信息能有所帮助。

此致、Thomas

精密放大器应用工程

尊敬的 Thomas：

非常感谢。

这很有用。

此致、

尊敬的 Thomas：

在您的回复中、我们提到" OPA541使用 AB 类输出级在不驱动大电流负载时节省工作电流。" 我有两个问题：

1、驱动高电流负载(0.5Ω μ A？)的大负载是什么？

如果它满足高电流负载、也就是说、在实验中负载电阻小于2Ω Ω、那么它的输出级是否仍为 AB 类、也就是说、失真是否会变化？

在第二个计划中、我有两个问题：

1、与 opa541结合使用的附加运算放大器的功能和电路形式是什么？

2.失真会产生什么影响，从而使失真非常低？

非常感谢。

此致、

您好、Zhonghui、

有关 OPA541问题：

1、驱动高电流负载(0.5Ω μ A？)的大负载是什么？

我假设术语"高电流"是相对的。 当然、当输出电流为数百毫安或安培时、我们将其称为高电流运算放大器。 这 使它们有别于 输出电流通常为50mA 或更低的更精密运算放大器。

请注意、OPA541等功率运算放大器通常采用宽输出电压摆幅。 很多时候、相对于电源轨、摆幅接近其最大值。 在这种情况下、交叉区域是输出范围的一个较小部分、而在您的应用中、输出摆幅仅约为+/-400mV。

关于 OPA541、如果输出电压如此之高、则2欧姆或0.5欧姆负载为高电流负载。 电流为安培。

如果它满足高电流负载、也就是说、在实验中负载电阻小于2Ω Ω、那么它的输出级是否仍为 AB 类、也就是说、失真是否会变化？

对于 AB 类输出级、交叉失真通常随着负载电流的增加而增加。 这是因为、与负载电流低得多的情况相比、晶体管电流在交叉区域内运行时到驱动电流越来越高时的变化是一个更激进的变化。

在第二个计划中、我有两个问题：

1、与 opa541结合使用的附加运算放大器的功能和电路形式是什么？

我没有一个使用功率运算放大器的复合放大器配置的很好示例、但有一些 TI 应用资源展示了这一概念。 这些信息将为您提供一般信息：

https://www.ti.com/lit/an/sboa002/sboa002.pdf

https://www.ti.com/lit/an/sboa357/sboa357.pdf

我建议在 Google 上搜索"Composite Amplifier Op (复合放大器运算放大器)"、更多信息可在网上找到。  

2.失真会产生什么影响，从而使失真非常低？

失真的改善将取决于添加的运算放大器向复合放大器添加的额外环路增益。 由于有许多次要因素影响最终结果、因此必须观察到失真是如何改善的。

有时还会对运算放大器应用另一种技术来减少交叉失真、但这种技术的代价是电路中的功率耗散增加。 该技术 强制运算放大器输出级运行 A 类并消除交叉失真。 基本思路是向运算放大器输出添加负载、迫使其持续灌电流或拉电流。 我已经看到这适用于低功耗运算放大器、应该适用于高功率运算放大器、但在后一种情况下、功率耗散可能是一个问题。  

我找到了一篇在线文章、其中讨论了如何将运算放大器的输出转换为 A 类运算。 我认为它讨论的很好：

https://tangentsoft.net/audio/opamp-bias.html#

我希望可以通过在 OPA541输出引脚和 VEE 电源之间添加一个电阻器来实现这一点。 当输出为+400mV 峰值时、一个150 Ω(2 W 最小值)电阻器将向 OPA541添加大约100mA 的电流负载。 您可能需要尝试一下、看看交叉失真是否会为您的电路改善。  

如果输出电压更高(更正)、则电阻器电流和功率将根据欧姆定律和功率定律增大、因此请记住这一点。

此致、Thomas

精密放大器应用工程

尊敬的 Thomas：

我从你的答复中了解到。 非常感谢。

最后一个问题是：因为我使用了很多高电流运算放大器、这些放大器的成本高达数百到数千。 这种情况似乎很常见。 我想问您、作为高电流运算放大器(最大3、4A 或更高)、要驱动强大的负载并输出持续高电流、由于运算放大器自身的原因、是否会存在交叉失真？

再次感谢你。

此致、