OP wzmacniacza stawka: działanie i jego aplikacje

Szybkość notowań wzmacniacza operacyjnego (OP Amp) polega na tym, jak szybko napięcie wyjściowe może się zmienić w odpowiedzi na szybko zmieniający się sygnał wejściowy.Jest to ważne, ponieważ pozwala wzmacniaczowi operacyjnego obsługiwać szybkie sygnały bez zniekształceń, utrzymując sygnały jasne i dokładne w różnych zastosowaniach elektronicznych.Ta szybkość, mierzona w woltach na mikrosekundę (v/µs), gdzie występują sygnały o wysokiej częstotliwości lub szybkie zmiany wejściowe.

W tym artykule szczegółowo sprawdzono, w jaki sposób różne wybory projektowe w wzmacniaczach, takie jak kompensacja częstotliwości, konfiguracja etapu wyjściowego i wewnętrzna pojemność, wpływają na to, jak działają amps.Mówi także o równowadze między szybkością obnicia a przepustowością i porównuje różne wzmacniacze, aby pomóc w wyborze odpowiedniego do określonych zastosowań.

Katalog

Rysunek 1: Obwód pomiaru prędkości not

Czynniki wpływające na współczynnik notatki w wzmacniaczach operacyjnych

Kilka elementów wpływa na tę szybkość, wpływając na ogólną wydajność OP-AMP.

Kompensacja częstotliwości Ważne jest, aby utrzymać stabilność OP-AMP w różnych warunkach.Polega na użyciu wewnętrznych części, takich jak kondensatory kompensacyjne i pętle sprzężenia zwrotnego, aby uniknąć problemów takich jak oscylacje przy wysokich częstotliwościach.Jednak części te spowalniają również, w jaki sposób MAMP OP może reagować na szybkie zmiany sygnału wejściowego, ograniczając prędkość notatki.Tak więc, chociaż pomagają w stabilności, zmniejszają również prędkość OP-IMP w reakcji na nagłe zmiany.

Rysunek 2: Rekompensata częstotliwości OP-AMP

Projekt etapu wyjściowego W AMP OP to kolejny główny czynnik, który wpływa na szybkość oblecia.Ten etap obejmuje komponenty takie jak tranzystory wyjściowe i obwody, które zapewniają prąd potrzebę napędzania obciążenia.Rozmiar i konstrukcja tych części określa, ile prądu można dostarczyć do ładowania lub rozładowania dowolnych podłączonych kondensatorów, które bezpośrednio wpływają na szybkość oblecia.Na przykład większe tranzystory mogą zapewnić więcej prądu, umożliwiając szybciej zmianę napięcia wyjściowego.Podobnie, obwody, które pobudzają prąd mogą pomóc w OP-AMP szybciej reagować na nagłe zmiany wejściowe, poprawiając szybkość notowania.

Rysunek 3: Projekt etapu wyjściowego OP-AMP

W ramach OP-am, różne kondensatory przechowują i zwolnią, gdy działa urządzenie. Całkowita kwota pojemności wewnętrznej W sieciach zwrotnych i rekompensatach wpływa na szybkość notatki.Ta pojemność kontroluje, jak szybko MAMP OP może ładować i rozładować, wpływając na to, jak szybko wyjście może przestrzegać zmian wejściowych. Produkt przepustowości wzmocnienia (GBP) OP-AMP ustawia limit tego, jak szybko wyjście może podążać za sygnałem wejściowym, a jednocześnie być dokładny.Wyższy GBP oznacza, że ​​OP-AMP może obsługiwać wyższe częstotliwości bez utraty precyzji, co prowadzi do lepszej szybkości notowania.

Rycina 4: przepustowość wzmocnienia OP-AMP

Zniekształcenie wskaźnika wskaźników w wzmacniaczach operacyjnych

Rysunek 5: Szybkość obliczeń

Po przekroczeniu stawki Inampa OP-IMP, zniekształcenie w sygnale wyjściowym stają się widoczne, szczególnie w przypadku fal sinusoidalnych.Fala sinusoidalna płynnie wzrasta i upada, a najszybsza zmiana ma miejsce w punkcie zerowym.Jeśli częstotliwość lub wytrzymałość fali sinusoidalnej jest zbyt wysoka dla OP-AMP, wyjście nie będzie wyglądać jak gładka fala sinusoidalna.Wyjście wystarczająco szybko, aby nadążyć za wejściem.

Ta trójkątna moc wyjściowa jest wyraźnym oznaką tego, co znane jako zniekształcenie szybkości oblecia.Ten rodzaj zniekształceń stanowi problem, ponieważ nie tylko zmienia kształt przebiegu, ale także wprowadza niechciane częstotliwości, które mogą zepsuć inne części obwodu.Ta sytuacja wyraźnie pokazuje, w jaki sposób MAMP OP może zmagać się z szybkimi zmianami sygnału wejściowego.

Aby zapobiec zniekształceniom stawki, ważne jest, aby wybrać amp OP o stawce, która jest wyższa niż najszybsza zmiana napięcia, jakiej oczekujesz w aplikacji.Pomyśl o sile i prędkości sygnału, aby ustalić prędkość prawej notatki.W ten sposób OP-AMP może obsługiwać szybkie zmiany bez zepsucia wyjścia.

Rysunek 6: Zniekształcenie szybkości oblecia

Obliczanie wymaganej prędkości notatki

Formuła użyta do obliczenia wymaganej szybkości oblecia to:

W tym formule:

• • jest najwyższą częstotliwością sygnału, który chcesz wzmocnić (mierzone w Hertz, Hz).

• • jest napięciem szczytowym tego sygnału (mierzonego w woltach, v).

Załóżmy, że chcesz wzmocnić sygnał, który ma napięcie szczytowe 5 V i częstotliwość 25 kHz.Obliczyłbyś stawkę notatki w następujący sposób:

Kiedy pomnożysz te wartości, otrzymujesz:

Na koniec porównaj obliczoną szybkość notatki ze specyfikacjami opatrunku OP, którego planujesz użyć.Szybkość notowań OP-IMP musi być co najmniej tak wysoka, jak obliczona wartość, aby zapewnić działanie bez zniekształceń.

Rysunek 7: Formula

Oto kolejny przykład.Wyobraź sobie, że musisz napędzać sygnał sinusoidalny o następujących cechach:

• Napięcie szczytowe: 5 V

• Maksymalna częstotliwość: 1 MHz (1 milion cykli na sekundę)

Naszym celem jest obliczenie minimalnej szybkości notowania wymaganego do obsługi tego sygnału bez zniekształceń.

Aby rozbić wartości sygnału szczytowego do szczytu 5 V, najpierw obliczamy napięcie szczytowe.Napięcie szczytowe wynosi połowę napięcia szczytowego na szczyt.Dla sygnału o wartości szczytowej do szczytu 5 V, napięcie szczytowe () wynosiłby 2,5 V, obliczono według wzoru:

Dodatkowo maksymalna częstotliwość () jest dostarczany jako 1 MHz.

Szybkość notowań (SR) jest miarą tego, jak szybko może się zmienić wyjście wzmacniacza OP.Aby uniknąć zniekształceń, szybkość obisania musi być wystarczająco szybka, aby nadążyć za sygnałem.Formuła obliczania szybkości oblebi jest:

Włóżmy wartości do wzoru:

To upraszcza:

Tak więc, aby upewnić się, że wzmacniacz OP może obsłużyć sygnał szczytowy do szczytu 5 V przy częstotliwości 1 MHz bez zniekształceń, musi mieć szybkość notatki wynoszącą co najmniej 15,7 v/μs.

Szybkość obliczeń vs. przepustowość

Związek między szybkością notowanymi a przepustowością w wzmacniaczy operacyjnych jest wymagany do ich zdolności do obsługi sygnałów o wysokiej częstotliwości.Wyższa prędkość notowań pozwala na szybciej zmianę napięcia wyjściowego i może w niektórych przypadkach poprawić przepustowość wzmacniacza.Jednak sam szybki stawkę nie gwarantuje szerokiej przepustowości.Przepustowość jest również ograniczona czynnikami, takimi jak wewnętrzna kompensacja wzmacniacza OP i projekt jego wewnętrznych etapów.Ograniczenia te podkreślają, że chociaż zarówno szybkość notowań, jak i przepustowość są ważne, nie są one bezpośrednio równoznaczne i oba należy wziąć pod uwagę w celu uzyskania optymalnej wydajności.

Projektując obwody, musisz ostrożnie zrównoważyć stawkę i przepustowość, aby spełnić wymagania określonych aplikacji.Jeśli szybkość notowań jest zbyt niska, wzmacniacz może zniekształcać sygnały, które zmieniają się szybko, nawet jeśli przepustowość wydaje się wystarczająca na papierze.I odwrotnie, wzmacniacz o ograniczonej przepustowości będzie miał trudności z dokładnym wzmocnieniem sygnałów o wysokiej częstotliwości, niezależnie od jego obrotu.Ta współzależność oznacza, że ​​oba czynniki muszą być oceniane razem, aby zapobiec problemom z integralnością sygnału.

Wybór wzmacniacza operacyjnego wymaga rozważenia zarówno szybkości notowania, jak i przepustowości razem.Wybrany wzmacniacz OP musi być w stanie obsłużyć pełny zakres dynamiczny i widmo częstotliwości sygnału wejściowego, aby uniknąć problemów takich jak zniekształcenie lub utrata sygnału.

Rycina 8: Współczynnik przepustowości i wskaźnik obliczeń

Tłuszczowe wskaźniki różnych wzmacniaczy

Operacyjny Wzmacniacz	Szybkość obliczeń (typ) (V/µs)	IQ (typ) (MA)	Typowy Aplikacja
LM741	0,5	2.8	Ogólny cel, przetwarzanie audio
TL081	13	3.6	Wzmacniacze audio i wideo, aktywne filtry
OPA2134	20	4	Profesjonalne urządzenia audio, wzmacniacze o wysokiej wierności
LM324	0,5	0,8	Elektronika konsumpcyjna, wzmacniacze czujników
AD823	30	2.8	Side-Speed ​​Signaling, sterowniki ADC
Ne5532	9	8	Audio wstępne, miksujące konsole
LT1014	0,2	0,35	Precision Instrumentation, DMMS
LM358	0,6	0,7	Aplikacje o niskiej mocy, urządzenia baterii
MCP602	2.3	1	Urządzenia przenośne, wzmacniacze fotodiody
ADA4898	1000	10	Szybka komunikacja, systemy radarowe
OPA369	0,05	0,9	Urządzenia przenośne o niskiej mocy, wzmacniacze czujników
OPA333	0,5	0,17	Oprzyrządowanie medyczne, precyzyjne czujniki
OPA277	0,8	2.5	Precyzyjne przetwarzanie analogowe, sprzęt testowy
OPA129	1.5	6.5	Buforowanie o dużej impedancji, instrumenty medyczne
OPA350	10	5.5	Wzmacniacze wideo, sterowniki kablowe
OPA211	27	3.6	Wysokopomansowe pozyskiwanie danych, wzmacniacze audio
OPA827	25	4.5	Audio przedwzmacniacze, bufory ADC, wzmacniacze wyjściowe DAC
OPA835	560	3.9	Wzmacniacze szerokopasmowe, szybkie przetwarzanie sygnału
OPA847	6000	20	RF/IF Blocks, szybka komunikacja

Wniosek

Szybkość notowań jest cechą wzmacniaczy operacyjnych, które wpływają na to, jak dobrze obsługują szybkie sygnały i utrzymują przejrzystość sygnału.W artykule omówiono różne czynniki wpływające na współczynnik notatki, takie jak kompensacja wewnętrzna, projekt sceny wyjściowej i ograniczenia przepustowości zysku.Obejmuje formułę obliczania wymaganej szybkości obnicia i bada związek między szybkością obnicia a przepustowością.Artykuł porównuje również wzmacniacze na podstawie ich stawek obciążenia i oferuje praktyczne porady dotyczące dopasowania możliwości wzmacniacza do określonych potrzeb, zapobiegając problemom takimi jak zniekształcenie stawki.Ogólnie rzecz biorąc, to szczegółowe wyjaśnienie pomaga w lepszym zrozumieniu MAMP OP i ulepszaniu systemów elektronicznych.

Często zadawane pytania [FAQ]

1. Co się stanie, jeśli stawki obnicia jest wysokie?

Gdy wzmacniacz operacyjny (OP Amp) ma wysoką szybkość, może szybko reagować na zmiany sygnału wejściowego, umożliwiając szybkie regulację napięcia wyjściowego.Ta funkcja jest dobra dla aplikacji wymagających szybkiego przetwarzania sygnału, takich jak komunikacja wideo lub RF.Jednak bardzo wysoka wskaźnik ładunków może również stanowić wyzwania.Może powodować oscylacje lub niestabilność w obwodzie w systemach sprzężenia zwrotnego.Również szybsze przejścia mogą wprowadzać hałas o większej częstotliwości do obwodu, potencjalnie z linii zasilacza lub pobliskich szybkich sygnałów cyfrowych.

2. Jak kontrolujesz stawkę notowaną?

Kontrolowanie prędkości notatki w wzmacniaczu operacyjnym (OP Amp) polega na dostosowaniu wewnętrznej konfiguracji wzmacniacza OP lub modyfikacji konstrukcji obwodu.Jedną z metod jest wybranie wzmacniacza operacyjnego z nieodłączną szybkością, która odpowiada potrzebom aplikacji, umożliwiając zapobieganie problemom związanym z nadmierną lub niewystarczającą prędkością.Inną metodą jest zmiana sieci sprzężenia zwrotnego poprzez zmianę wartości rezystora lub kondensatora, które mogą wpłynąć na to, jak szybki wzmacniacz OP reaguje na zmiany wejściowe, zapewniając praktyczny sposób dostosowania wydajności bez wymiany wzmacniacza operacyjnego.Zewnętrzne techniki kompensacyjne, takie jak dodanie kondensatorów obejściowych lub obwodów snubbera, mogą pomóc w zarządzaniu szybkością notowania poprzez poprawę stabilności i zmniejszając niechciane oscylacje.

3. Czy wskaźnik kałów jest wskaźnikiem rampy?

Tak, szybkość obisania jest często uważana za rodzaj szybkości rampy.Opisuje maksymalną szybkość, przy której wyjście wzmacniacza operacyjnego może się zmieniać i wyraża się w woltach na mikrosekundę (v/µs).Ta szybkość jest podobna do rampy, ponieważ ogranicza to, jak strome napięcie wyjściowe może wzrosnąć lub spaść, podobnie jak rampa kontroluje kąt wznoszenia lub zejścia.

4. Jaka jest różnica między szybkością obnicia a czasem wzrostu?

Szybkość obnicia i czas wzrostu są powiązane, ale wyraźne parametry w przetwarzaniu sygnału.Szybkość zlikwidowania mierzy, jak szybko może się zmienić wyjście wzmacniacza operacyjnego, co wskazuje na maksymalną szybkość zmiany niezależnie od częstotliwości sygnału.Natomiast czas wzrostu odnosi się do czasu potrzebnego do przejścia sygnału z określonej niskiej wartości (10%) do wysokiej wartości (90%) jego maksymalnej amplitudy i zależy od częstotliwości sygnału i ogólnej systemu systemu systemuprzepustowość łącza.Podczas gdy szybkość notowań ustawia warunek brzegowy dla maksymalnej zdolności wyjściowej, czas wzrostu jest obserwowalną cechą zachowania sygnału w tych granicach.

5. Jaki jest związek między szybkością obnicia a CMRR?

Współczynnik odrzucenia w trybie wspólnym (CMRR) to dwa różne aspekty wydajności wzmacniacza operacyjnego (OP Amp).Szybkość notowań dotyczy tego, jak szybko wzmacniacz OP może reagować na zmiany sygnału wejściowego, podczas gdy CMRR mierzy, jak dobrze wzmacniacz OP może odrzucić szum lub zakłócenia, które wpływają na oba wejścia.Chociaż te dwa czynniki nie są związane, mogą wpływać na siebie w niektórych sytuacjach.Na przykład w obwodach o dużej prędkości, w których wzmacniacz OP musi szybko reagować, wysoka szybkość inna może powodować nierównowagę w obwodach wewnętrznych, które mogą zmniejszyć CMRR i spowodować błędy lub zniekształcenia.