Esta pregunta está relacionada con el funcionamiento de un amplificador operacional. Sé lo que es la velocidad de respuesta, pero no estoy del todo seguro de si es bueno tener una velocidad de respuesta alta.
Hasta donde yo entiendo, una velocidad de respuesta más alta debería permitir que el amplificador operacional dé la salida según la entrada sin retardo de tiempo. ¿Mi comprensión es correcta?
¿Cuáles son los efectos debidos a las limitaciones de la velocidad de respuesta?
Comentarios
- La velocidad de respuesta no depende solo de la frecuencia. También depende del voltaje.
- Sí, una alta velocidad puede reproducir la señal con mayor fidelidad. Los componentes de mayor velocidad cuestan más, por lo que uno intenta salirse con la suya lo menos posible. Los componentes de alta velocidad también requerirán más corriente de suministro y condensadores más grandes y causarán ruido en los componentes circundantes.
- Una alta velocidad de respuesta no siempre es algo bueno. Por Fourier, una onda cuadrada perfecta requiere ganancia en todas las frecuencias, claramente imposible, pero los amplificadores de alta velocidad de respuesta tendrán una ganancia de frecuencia más alta, lo que puede causar problemas de estabilidad y generar la necesidad de un diseño cuidadoso.
Respuesta
Los límites de velocidad de variación causarán distorsión a alta frecuencia y amplitud de salida. Si su amplificador tiene una velocidad de respuesta limitada, poner una forma de onda periódica (sinusoidal, cuadrada, etc.) dará como resultado algo que se parece un poco a una onda de diente de sierra. Esto puede crear armónicos de frecuencia que no están presentes en la señal original, especialmente cuando la señal fuente es una onda sinusoidal pura. Por lo general, debe tener una velocidad de respuesta lo suficientemente alta para la frecuencia y el voltaje de salida más altos que su circuito necesita admitir.
La velocidad de respuesta es otro término para la pendiente. La pendiente máxima de una onda sinusoidal es igual a su amplitud multiplicada por su frecuencia angular (derivada de \ $ A \ sin (2 \ pi ft) \ $ en el cruce por cero en \ $ t = 0 \ $ is \ $ 2 \ pi f A PS Entonces, una señal de 1 MHz a 1 V de amplitud (2 V pico a pico) tiene una pendiente máxima de \ $ 2 \ pi \ times 1 \ text {V} \ times 1 \ text {MHz} = 6.28 \ text {V} / \ mu \ text {s} \ $. Si su amplificador tiene una velocidad de respuesta inferior a \ $ 6.28 \ text {V} / \ mu \ text {s} \ $, entonces obtendrá una onda triangular si intenta que emita una onda sinusoidal de 1 MHz y 1 V. Tenga en cuenta que la velocidad de respuesta tiene que ver con el voltaje de salida del amplificador operacional, no con la ganancia. Dicho esto, generalmente afecta más a los circuitos de alta ganancia porque las señales tienden a ser más grandes.
En los amplificadores operacionales, la velocidad de respuesta y el ancho de banda tienden a estar vinculados; los amplificadores operacionales de alta velocidad tienden a tener velocidades de respuesta rápidas, de lo contrario no serían muy útiles. Las velocidades de respuesta rápidas permitirán que un amplificador operacional sobreimpulso o repique con una oscilación de salida mayor que un amplificador operacional con ancho de banda equivalente pero una velocidad de respuesta más lenta. Las velocidades de respuesta más lentas pueden ayudar a limitar el sobreimpulso y el timbre en muchos casos. Otra cosa a considerar es la fuente de alimentación: la corriente de salida debe provenir de En algún lugar. Los amplificadores operacionales de velocidad de respuesta muy rápida requieren una fuente de alimentación de muy baja impedancia. Esto puede requerir la colocación de varios condensadores de diferentes valores muy cerca del amplificador operacional, generalmente una combinación de capacitancia a granel grande y tapas pequeñas de derivación de alta frecuencia.
Las limitaciones de velocidad de respuesta pueden ser útiles para reducir el contenido armónico de las señales digitales. Algunos dispositivos tienen una propensión a producir bordes muy rápidos (por ejemplo, FPGA) que, si bien son necesarios para comunicaciones de gran ancho de banda, pueden causar problemas con comunicaciones de menor velocidad s. Los bordes rápidos se pueden acoplar a trazos adyacentes y pueden causar diafonía e interferencia entre símbolos. Limitar la velocidad de respuesta puede mitigar esto. La transmisión de datos en serie en un ancho de banda limitado (por ejemplo, para un enlace de RF) también aprovecha la limitación de la velocidad de respuesta para limitar el ancho de banda de la señal.
Comentarios
- Sí, una velocidad limitada causará distorsión en amplitudes y frecuencias altas, pero creo que se caracterizaría más por un filtrado de paso bajo que por un armónico generación que necesitaría tasas aún mayores para volverse significativa. La limitación de velocidad se usa para evitar armónicos en las líneas de comunicación.
- Bueno, depende de la señal de la que ‘ estés hablando. Una onda sinusoidal perfecta no tiene armónicos, pero una onda sinusoidal enviada a través de un amplificador de frecuencia limitada ganará algunos armónicos debido a la distorsión. En los sistemas de comunicaciones, la onda de inicio es una onda cuadrada que puede tener armónicos hasta frecuencias increíblemente altas debido a la pendiente de los bordes. La limitación de la velocidad de respuesta hace que parezca más una onda sinusoidal y, como resultado, atenúa algunos de esos armónicos.
Respuesta
Hay varios problemas que pueden derivarse de tener «demasiada» velocidad de respuesta:
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La velocidad de respuesta se correlaciona libremente con el ancho de banda del amplificador operacional, por lo que usar un amplificador operacional Una velocidad de respuesta superior a la requerida significa que está haciendo que su circuito sea sensible a cosas a las que no necesita ser sensible.
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Un amplificador operacional con una alta tasa de respuesta tiene más probabilidades de ser susceptible a sonar . Es posible que deba compensar el circuito para solucionar esto.
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Los amplificadores operacionales realmente rápidos a menudo no lo hacen como ejecutarse con ganancia unitaria.
Algunas hojas de datos de amplificadores operacionales aparecerán directamente y le dirán esto. Un ejemplo es el OPA227 y OPA228 . El OPA228 es aproximadamente 4 × más rápido, pero solo es estable en ganancias de 5 o más. El OPA227 tiene un límite de avance de fase dentro que limita su ancho de banda, lo que le permite ser unitario -gain estable.
A veces, la hoja de datos del amplificador operacional oculta este hecho, como con el AD8397 . Su hoja de datos le dice «s «ganancia unitaria estable» en la página 1, pero luego profundiza en los detalles y encuentra el primer gráfico en la página 9 que muestra el pico en la curva de ancho de banda vs ganancia en ganancia unitaria. Esto equivale efectivamente a una retroalimentación positiva, lo que significa que todo lo que necesita es un estímulo en la frecuencia de pico para tener una buena oportunidad de crear un oscilador. Puede terminar con un circuito que funciona bien en su banco de trabajo pero falla en otro lugar debido a un entorno de RFI diferente.
Respuesta
Lo que más le importa es la velocidad de respuesta, cuando el voltaje de salida es grande. (Varios voltios) A amplitudes más bajas, le preocupará más el producto GBW. Algunos amplificadores operacionales citarán el ancho de banda de potencia total, el BW en la amplitud de salida máxima. En general, esto estará determinado por la velocidad de respuesta.
Respuesta
Los amplificadores operacionales se pueden usar para muchos propósitos. Generalmente, uno querrá tener una velocidad de respuesta que sea lo suficientemente rápida como para que el amplificador operacional nunca Se limitará la velocidad de respuesta mientras se procesa una señal de CA «continua». Por otro lado, si se utilizará un amplificador operacional para procesar una señal discontinua que representa varios niveles de CC en secuencia, se muestreará la salida del amplificador operacional algún tiempo después de que cambie la entrada, una velocidad de respuesta lenta pero suficiente para que la salida alcance el nivel requerido antes de muestrearla puede reducir la probabilidad de sobrepaso en comparación con una velocidad de respuesta más rápida.
Otra forma de mirar las cosas es decir que si la entrada a un amplificador operacional estará «naturalmente» libre de transiciones que serían más nítidas que lo que se desea o necesita en la salida, entonces se debe usar un amplificador operacional cuya velocidad de respuesta sea al menos tan rápida como la velocidad de respuesta máxima que se ordenará desde la entrada. Sin embargo, si la entrada puede contener transiciones extremadamente nítidas y la salida no necesita reproducirlas, el uso de un amplificador de velocidad limitada puede, «gratis», ayudar a reducir la nitidez de las transiciones en la salida y la timbre u otra maldad que tal nitidez pueda causar. El uso de un amplificador operacional con una velocidad de respuesta más alta de la necesaria puede reducir la cantidad de ayuda que brinda.