Gibt es einen gebräuchlichen Namen für diese [spannungsverstärkende] Schaltungstopologie / -idee?

9

Im OPA454-Datenblatt habe ich eine interessante Schaltungsidee gefunden, bei der ich nicht sicher bin, wie sie normalerweise heißt (wenn es einen gebräuchlichen Namen dafür gibt). Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dabei werden zwei Opamps verwendet, um die Schienen eines dritten zu verschieben. Beachten Sie, dass diese Schaltung im Gegensatz zu einer Konfiguration mit überbrückter Last eine Verdoppelung der Spannungsversorgungsschienen erfordert. Auf der anderen Seite schwebt die Last in dieser Schaltung nicht, sodass Sie diese Idee mit der Brücke kombinieren können, um den 4-fachen Ausgangsspannungshub zu erhalten (im Vergleich zur Verwendung eines einzelnen Operationsverstärkers). Ich lasse das 6-Opamp-Brückenbild hier als ziemlich offensichtlich weg; Sie finden eine im oben genannten Datenblatt.

Meine Frage ist nur, was ein / der gebräuchliche Name (falls vorhanden) für diese Schaltungsidee ist. Wenn ich einen Namen prägen würde, erscheint mir "dynamische Schienen", "dynamischer Betriebspunkt" oder ähnliches vernünftig. (Aber diese Namen erhalten über die Google-Suche keine vernünftigen Ergebnisse zurück.)

EDIT: Ich habe auch etwas Ähnliches, aber billigeres gesehen, mit zwei BJTs anstelle von Operationsverstärkern für die "Rail Shifter" (A1 und A2) in einem EDN-Artikel von 1999 mit dem Titel "Bootstrapping Ihres Operationsverstärkers liefert große Spannungsschwankungen", geschrieben von [then] AD Mitarbeiter Grayson King und Tim Watkins. Die Verwendung von BJTs würde zweifellos zu weiteren Nichtlinearitäten führen. Vielleicht ist "Bootsrapping" der Name für diese Technik ... obwohl Rod Eliotts Seite, auf der die Probleme mit diesem Ansatz diskutiert werden, es nie so nennt, bin ich nicht davon überzeugt, dass "Bootstrapping" der Name dafür ist ... (EDIT3: Nun, dies war eine falsche Lesart des Zwecks dieser Schaltung; siehe Kommentar unter der Frage.)

EDIT2: In einem anderen Artikel und in der AD-App-Anmerkung AN-232 (in diesem Artikel zitiert) bezieht sich "Supply Bootstrapping" oder "Substrat Bootstrapping" auf etwas Ähnliches (Ändern der Schienenspannung über "Feedback"), in diesen Artikeln jedoch Dies geschieht für einen anderen Zweck: eine Reduzierung der Nichtlinearität der Eingangskapazität für Operationsverstärker mit FET-Eingangsstufe ... Ich vermute also, dass "Bootstrapping" die Idee umfasst, nach der ich gefragt habe, aber im Allgemeinen die Verwendung dieser bedeuten kann Versorgungsspannungsverschiebungstechnik für andere Zwecke.

Fizz
quelle
1
Schön (+1), Der Link zur Rod Eliotts-Seite ist kein PS-Boot-Strapping, sondern ein Power-Booster ... mehr Strom.
George Herold
Du hast recht. Ich habe mir diesen Schaltplan nicht genau genug angesehen. Es gibt kein Signal von den Transistoren, die an die Opamp-Stromschienen in dieser Schaltung ausgegeben werden. Die Zenerdioden speisen dem Operationsverstärker nur eine (hoffentlich) konstante Spannung zu, die geringer ist als die, die zur Stromversorgung der diskreten / Leistungsstufe verwendet wird.
Fizz

Antworten:

6

Ich habe "Bootstrapping" gesehen, das in einigen weiteren Büchern / Artikeln für diese Technik verwendet wurde:

  • Small Signal Audio Design , 2. Aufl., Von Douglas Self, S. 136-137; zeigt sowohl einen Opamp-basierten Boostrap als auch einen BJT-basierten. BEARBEITEN, um hinzuzufügen: Wie sich herausstellt, gibt es einige kostenlose Auszüge aus der ersten Ausgabe des in der EE Times veröffentlichten Buches ; Die relevanten Schaltungen [die auf die C / V-Optimierung des JFET-Eingangs abzielen] werden in einem Artikel mit dem Titel "Operationsverstärker im Kleinsignal-Audio-Design - Teil 2: Verzerrung bei bipolaren und JFET-Eingangs-Operationsverstärkern. Rail-Bootstrapping zur Reduzierung der CM-Verzerrung" veröffentlicht .

  • Analog-Digital-Wandlung , 2. Aufl., Von Marcel JM Pelgrom, S. 210-211, verwendet "Boostrapping" für einen NMOS-Transistor, der über den Schienen arbeitet. Es gibt weitere CMOS-Bücher, die diesen Begriff für denselben Zweck verwenden, z. B. Uyemuras CMOS Logic Circuit Design p. 319 .

  • "Fortgeschrittene Techniken bekämpfen die extrem geringe Verzerrung fortgeschrittener Operationsverstärker" von J. Graeme, ebenfalls in The EDN Designer's Companion , Here p. 213 Der Bootstrap wird zu Messzwecken durchgeführt.

Ich denke also, dass Clinches "(Rail / [Power-] Supply) Bootstrapping" ein relativ gebräuchlicher Name dafür ist, obwohl nicht jede Quelle dies bei der Erörterung solcher Schaltungen ausspricht ... Und der Zweck des Rail-Bootstraps ist möglicherweise nicht immer ein Spannungshubanstieg.

Wenn jemand einen anderen (relativ häufigen) Begriff findet, tragen Sie bitte eine andere Antwort bei.

EDIT: Als interessante Titbids (gefunden dank einer ziemlich vagen Erwähnung in einem Forum ) habe ich zwei britische Patente für diese Idee gefunden:

  • "Zero Input Capacity Amplifier" (1988) von Bernard / ABI Systems; verwendet die 3-Opamp-Version. Der Titel ist selbsterklärend.
  • "Interface Circuits" (1980) von Mohapatra / Sandman. Eher uninformativer Titel, wenn Sie mich fragen; zeigt mehrere Varianten, einige mit zwei BJTs und einige mit Allround-Opamps. Das erklärte Ziel ist die Erhöhung der Eingangsimpedanz und des CMRR.

Keines dieser britischen Patente verwendet jedoch den Begriff "Bootstrap" ... soweit ich das beurteilen kann; Alte britische Patente sind nicht OCR-geschützt, daher funktioniert die Suche in diesen PDFs nicht.

Es gibt auch eine Ausgangsspannungs-Boost-Schaltung, die auf dieser Idee in Linear Appnote 67 im Artikel mit dem Titel Erweitern der Operationsverstärkerversorgung für mehr Ausgangsspannung von Dale Eagar basiert (ab S. 58 in diesem langen Dokument). Dieser verwendet MOSFETs auf den Opamp-Schienen. Der Begriff "Bootstrap" wird jedoch nie verwendet. Also ja, "Bootstrap" ist ein Begriff, der häufig genug verwendet wird, aber nicht allgemein verwendet wird ... Der bevorzugte Begriff bei Linear für diese Schaltungsidee ist der erweiterte Versorgungsmodus , der (wenn Sie ihn googeln ) ausschließlich in ihren Dokumenten enthalten ist. Daher scheint dieser alternative Begriff in der gesamten Branche weniger Anklang zu finden.

Fizz
quelle
NB: Ich habe meine eigene Antwort als die richtige markiert, weil mich das System immer wieder nervt, eine auszuwählen, und weil die andere / konkurrierende Antwort einfach eine Kritik an der etwas etablierten Terminologie ist, die ich gefunden habe. Aber ich bin bereit zu überdenken, ob neue Antworten eingebracht werden.
Fizz
2

IMO "Bootstrapping" ist kein geeigneter Begriff für diese Schaltungskonfiguration. "Bootstrapping" bedeutet "Folgen" ... oder das Einschalten einer folgenden (entgegengesetzten) Spannungsquelle in Reihe zur Eingangsspannungsquelle und einem Widerstand (diese alte Schaltungstechnik basiert auf einer der Miller-Theorem-Anwendungen ).

Hier (grob gesagt) variiert die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers nichtlinear von 50 V bis fast 100 V, wenn sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers von 0 V auf 100 V ändert (dh sie folgt nicht ) . Ich denke, der einzige Zweck dieser dynamischen Stromversorgung (50 - 100 V) besteht darin, die Verlustleistung in den Operationsverstärker-Ausgangstransistoren gegenüber der herkömmlichen konstanten Stromversorgung (hier 100 V) zu verringern .

Diese Idee ähnelt den variablen Netzteilen mit einer schaltbaren Sekundärwicklung.

Circuit Fantasist
quelle
2
"Bootstrapping" ist leider polysemisch, auch nur in EE-Kreisen. In dem hier verwendeten Sinne bedeutet es (zitiert aus Uyemura): "den Wert eines physikalischen Parameters hochzählen", was genau im Fall des NMOS-Transistors geschieht. Ich denke, der gleiche Begriff wurde sowohl auf positives als auch auf negatives "Pull-up" (für Opamps) ausgedehnt, was in englischer Sprache offensichtlich etwas ärgerlich ist, aber hey, ich bin es nicht, der sich "Bootstrapping" ausgedacht hat Dies.
Fizz
Die übermäßige Leistung wird immer noch verbraucht ... aber in den anderen Operationsverstärkern (den Spannungsfolgern). Es ist eine Art Leistungsumverteilung zwischen den Operationsverstärkern.
Circuit Fantasist
1
Die Legende besagt, dass Baron Münchhausen vor einigen Jahrhunderten diese Technik zum ersten Mal anwendete ... seine Schnürsenkel hochzog ... und sich so über den Boden hob :) Mit dem gleichen Erfolg konnte er sich selbst herunterziehen. Wenn wir also die Spannung durch eine Höhe (potentielle Energie) darstellen, können wir uns vorstellen, dass die positive Quelle die Last "hochzieht" ... und die negative Quelle - "zieht sie runter". Beachten Sie jedoch, dass die zweite Quelle den Widerstand zwar in die gleiche Richtung "zieht", dies jedoch von der anderen Seite des Widerstands aus tut ... was bedeutet, dass sie sich der Eingangsquelle widersetzt, um den Strom zu ändern.
Circuit Fantasist