30.08.2024 519

OP -vahvistintaso: Työskentely ja sen sovellukset

Operatiivisen vahvistimen (OP AMP): n kääntymisnopeus on se, kuinka nopeasti lähtöjännite voi muuttua vasteena nopeasti muuttuvalle tulosignaalille.Se on tärkeää, koska sen avulla OP AMP voi käsitellä nopeita signaaleja vääristymättä pitäen signaalit selkeiksi ja tarkkoina erilaisissa elektronisissa sovelluksissa.Tämä nopeus, mitattuna volteilla mikrosekuntia kohden (V/µS), jossa syöttö on korkeataajuisia signaaleja tai nopeita muutoksia.

Tässä artikkelissa tarkastellaan yksityiskohtaisesti, kuinka erilaiset vahvistimien suunnitteluvalinnat, kuten taajuuskorvaukset, lähtövaiheen asetukset ja sisäinen kapasitanssi, vaikuttavat op-vahvistusten toimintaan.Se puhuu myös surmanopeuden ja kaistanleveyden välisestä tasapainosta ja vertaa erilaisia ​​vahvistimia auttamaan oikean valitsemisessa tiettyihin käyttötarkoituksiin.

Luettelo

Kuva 1: Slaw -nopeuden mittauspiiri

Tekijät, jotka vaikuttavat surmatasoon operatiivisissa vahvistimissa

Useat elementit vaikuttavat tähän nopeuteen vaikuttaen op-AMP: n yleiseen suorituskykyyn.

Taajuuskorvaus on tärkeää pitää op-Amp Stable eri olosuhteissa.Siihen sisältyy sisäosien, kuten kompensointikondensaattorien ja palautesilmukoiden, käyttäminen ongelmien, kuten värähtelyjen, välttämiseksi korkeilla taajuuksilla.Nämä osat kuitenkin hidastavat myös sitä, kuinka nopeasti OP-AMP voi reagoida tulosignaalin nopeaan muutokseen rajoittaen käännynopeutta.Joten vaikka ne auttavat vakauden suhteen, ne myös vähentävät op-AMP: n nopeutta reagoidessaan äkillisiin muutoksiin.

Kuva 2: OP-AMP: n taajuuskorvaus

Lähtövaiheen suunnittelu OP-AMP: ssä on toinen päätekijä, joka vaikuttaa surmanopeuteen.Tämä vaihe sisältää komponentit, kuten lähtötransistorit ja piirit, jotka tarjoavat virran tarpeet kuorman ohjaamiseksi.Näiden osien koko ja suunnittelu määrittävät, kuinka paljon virtaa voidaan toimittaa kytkettyjen kondensaattorien lataamiseksi tai purkamiseksi, jotka vaikuttavat suoraan surmanopeuteen.Esimerkiksi isommat transistorit voivat tarjota enemmän virtaa, jolloin lähtöjännite voi muuttua nopeammin.Samoin virtaa vauhdittavat piirit voivat auttaa op-amp-ampumia reagoimaan nopeammin äkillisiin panosmuutoksiin parantaen käännynopeutta.

Kuva 3: OP-AMP-lähtövaiheen suunnittelu

Op-vahvistin sisällä eri kondensaattorit tallentavat ja vapautavat latausta laitteen toimiessa. Sisäisen kapasitanssin kokonaismäärä Palaute- ja korvausverkoissa vaikuttaa surmakorkoon.Tämä kapasitanssi hallitsee, kuinka nopeasti op-AMP voi ladata ja purkaa, mikä vaikuttaa siihen, kuinka nopeasti lähtö voi seurata tulonmuutoksia. Gain -kaistanleveystuote (GBP) OP-AMP: stä asettaa rajan siitä, kuinka nopeasti lähtö voi seurata tulosignaalia samalla kun se on tarkka.Suurempi GBP tarkoittaa, että op-AMP pystyy käsittelemään korkeampia taajuuksia menettämättä tarkkuutta, mikä johtaa parempaan kääntymiseen.

Kuva 4: Op-amp-vahvistuskaistanleveys

Kytkentäkortin vääristyminen operatiivisissa vahvistimissa

Kuva 5: Slaw -opeus

Kun op-AMP: n surmataso ylitetään, lähtösignaalin vääristyminen ilmenee, etenkin siniaaltojen kanssa.Siniaalto nousee sujuvasti ja putoaa, ja nopein muutos tapahtuu nollan ylityspisteessä.Jos siniaalton taajuus tai lujuus on liian korkea op-vahvistimelle, lähtö ei näytä sileältä siniaaltoelta, joka meni sisään. Sen sijaan lähtö muuttuu kolmion muotoiseksi, koska op-amp-ampui ei voi muuttaa sitäLähtö riittävän nopeasti pysymään tulon mukana.

Tämä kolmionmuotoinen lähtö on selkeä merkki siitä, mitä tunnetaan käännynopeuden vääristymisenä.Tämäntyyppinen vääristymä on ongelma, koska se ei vain muuta aaltomuodon muotoa, vaan myös tuo ei -toivottuja taajuuksia, jotka voivat sekoittaa piirin muita osia.Tämä tilanne osoittaa selvästi, kuinka OP-AMP voi kamppailee tulosignaalin nopeista muutoksista.

Syöttösuhteen vääristymisen estämiseksi on tärkeää valita op-vahvistus, jolla on surma, joka on korkeampi kuin nopein jännitemuutos, jota odotat sovelluksessasi.Ajattele sekä signaalin voimakkuutta että nopeutta oikean kääntymisnopeuden selvittämiseksi.Tällä tavoin op-vahvistus pystyy käsittelemään nopeita muutoksia sekoittamatta lähtöä.

KUVA 6: Slaw -nopeuden vääristymä

Vaaditun läpimurtunopeuden laskeminen

Vaaditun käännynopeuden laskemiseen käytetty kaava on:

Tässä kaavassa:

Olla on signaalin korkein taajuus, jonka haluat vahvistaa (mitattu Hertz, Hz).

Olla on kyseisen signaalin huippujännite (mitattu volteilla, V).

Oletetaan, että haluat vahvistaa signaalin, jonka huippujännite on 5 V ja taajuus 25 kHz.Lasket lämmityksen seuraavasti:

Kun kerrot nämä arvot, saat:

Vertaa lopuksi laskettua käännekoroa käyttämäsi op-vahvistin eritelmiin.OP-AMP: n surmansa on oltava vähintään yhtä korkea kuin laskettu arvo vääristymättömän toiminnan varmistamiseksi.

Kuva 7: Slaw -nopeuskaava

Tässä on toinen esimerkki.Kuvittele, että sinun täytyy ajaa sinimuotoinen signaali seuraavilla ominaisuuksilla:

• Huippu-huippujännite: 5 V

• Suurin taajuus: 1 MHz (1 miljoona sykliä sekunnissa)

Tavoitteenamme on laskea OP AMP: n vaadittava vähimmäisverkko tämän signaalin käsittelemiseksi ilman vääristymiä.

Jotta voidaan hajottaa 5 V: n huippu-huippusignaalin arvot, laskemme ensin huippujännitteen.Huippjännite on puolet huippuhuipun jänniteestä.Signaalille, jonka huippu-huippuarvo on 5 V, huippujännite () olisi 2,5 V, kuten kaava lasketaan:

Lisäksi maksimitiheys () on 1 MHz.

Syöttönopeus (SR) on mitta siitä, kuinka nopeasti OP -vahvistimen lähtö voi muuttua.Vääristymisen välttämiseksi käännynopeuden on oltava riittävän nopea pysyäkseen signaalin mukana.Kaava käännynopeuden laskemiseksi on:

Asetetaan arvot kaavaan:

Tämä yksinkertaistaa:

Joten varmistaaksesi, että OP-vahvistin pystyy käsittelemään 5 V: n huippu-huippusignaalia 1 MHz: n taajuudella ilman vääristymiä, sen on oltava vähintään 15,7 V/μs.

Kylätaso vs. kaistanleveys

Yhteys surmanopeuden ja kaistanleveyden välillä operatiivisissa vahvistimissa vaaditaan niiden kykyyn käsitellä korkean taajuuden signaaleja.Suurempi kääntymisnopeus antaa lähtöjännitteen muuttua nopeammin ja voi parantaa vahvistimen kaistanleveyttä joissain tapauksissa.Pelkästään nopea käännekorko ei kuitenkaan takaa laajaa kaistanleveyttä.Kaistanleveyttä rajoittavat myös tekijät, kuten OP AMP: n sisäinen korvaus ja sen sisäisten vaiheiden suunnittelu.Nämä rajoitukset korostavat, että vaikka sekä surma- että kaistanleveys ovat tärkeitä, ne eivät suoraan vastaa toisiaan, ja molemmat on otettava huomioon optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Piirejä suunnitellessasi sinun on tasapainotettava huolellisesti käänne- ja kaistanleveys vastaamaan tiettyjen sovellusten vaatimuksia.Jos lämmitys on liian alhainen, vahvistin voi vääristää signaaleja, jotka muuttuvat nopeasti, vaikka kaistanleveys näyttää riittävän paperilla.Päinvastoin, rajoitetulla kaistanleveydellä varustettu vahvistin pyrkii vahvistamaan tarkasti korkean taajuuden signaaleja tarkasti sen lämmittämisestä riippumatta.Tämä keskinäinen riippuvuus tarkoittaa, että molemmat tekijät on arvioitava yhdessä signaalin eheyden ongelmien estämiseksi.

Operatiivisen vahvistimen valitseminen vaatii sekä surmatavan että kaistanleveyden yhdessä.Valittu OP -vahvistin on kyettävä käsittelemään tulosignaalin täydellistä dynaamista aluetta ja taajuusspektriä, jotta vältetään ongelmat, kuten signaalin vääristyminen tai häviö.

Kuva 8: Kaistanleveys ja lämmitys

Erilaisten vahvistimien kääntymisnopeus

Operatiivinen Vahvistin	Syöttöaste (TYP) (V/µs)	MinäQ - (TYP) (MA)	Tyypillinen Soveltaminen
LM741	0,5	2,8	Yleinen tarkoitus, äänenkäsittely
TL081	13	3.6	Ääni- ja videovahvistimet, aktiiviset suodattimet
OPA2134	20	4	Ammatilliset äänilaitteet, erittäin hyvävahvistusvahvistimet
LM324	0,5	0,8	Kulutuselektroniikka, anturivahvistimet
AD823	30	2,8	Nopea signaalin ilmastointi, ADC-ohjaimet
NE5532	9	8	Äänen esivahvistimet, sekoituskonsolit
LT1014	0,2	0,35	Tarkkuusinstrumentointi, DMMS
LM358	0,6	0,7	Pienitehoiset sovellukset, akkulaitteet
MCP602	2.3	1	Kannettavat laitteet, fotodiodivahvistimet
ADA4898	1000	10	Nopea viestintä, tutkajärjestelmät
OPA369	0,05	0,9	Matalatehoiset kannettavat laitteet, anturivahvistimet
OPA333	0,5	0,17	Lääketieteelliset instrumentit, tarkkuusanturit
OPA277	0,8	2,5	Tarkkuusanaloginen käsittely, testilaitteet
OPA129	1,5	6.5	Korkean impedanssin puskurointi, lääketieteelliset instrumentit
OPA350	10	5.5	Videovahvistimet, kaapeliajurit
OPA211	27	3.6	Suorituskykyinen tiedonkeruu, äänivahvistimet
OPA827	25	4.5	Audio -esivahvistimet, ADC -puskurit, DAC -lähtövahvistimet
OPA835	560	3.9	Laajakaistavahvistimet, nopea signaalinkäsittely
OPA847	6000	20	RF/IF Gain -lohkot, nopea viestintä

Johtopäätös

Suru on operatiivisten vahvistimien ominaisuus, joka vaikuttaa siihen, kuinka hyvin ne käsittelevät nopeita signaaleja ja ylläpitävät signaalin selkeyttä.Artikkelissa käsitellään erilaisia ​​käännekorkoja, kuten sisäistä kompensointia, lähtövaiheen suunnittelua ja kaistanleveysrajoituksia.Se sisältää kaavan vaaditun käänteen laskemiseksi ja tutkitaan käänneen ja kaistanleveyden välistä suhdetta.Artikkelissa verrataan myös vahvistimia, jotka perustuvat niiden läpimurtoihin ja tarjotaan käytännön neuvoja vahvistimen ominaisuuksien sovittamiseksi erityistarpeisiin, estäen sellaiset ongelmat, kuten käänneen vääristymät.Kaiken kaikkiaan tämä yksityiskohtainen selitys auttaa ymmärtämään paremmin op-vahvistimia ja parantamaan elektronisia järjestelmiä.

Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]

1. Mitä tapahtuu, jos lämmitys on korkea?

Kun operatiivisella vahvistimella (OP AMP) on korkea käänne, se voi reagoida nopeasti sen tulosignaalin muutoksiin, jolloin lähtöjännite säätää nopeasti.Tämä kyky on hyvä sovelluksille, jotka vaativat nopean signaalinkäsittelyä, kuten video- tai RF -viestintä.Erittäin korkea käännekorko voi kuitenkin myös asettaa haasteita.Se voi aiheuttaa heilahteluja tai epävakautta palautejärjestelmien piirissä.Nopeammat siirtymät voivat myös tuoda lisää korkeataajuista kohinaa piiriin, mahdollisesti virtalähdeviivoista tai lähellä olevista nopeasta digitaalisista signaaleista.

2. Kuinka hallitset surmatasoa?

Slakeunopeuden hallinta toiminnallisessa vahvistimessa (OP AMP) sisältää OP -vahvistimen sisäisen kokoonpanon säätämisen tai piirisuunnittelun muuttamisen.Yksi menetelmä on valita OP -vahvistin, jolla on luontainen käänne, joka vastaa sovelluksesi tarpeita, jolloin voit estää liialliseen tai riittämättömään nopeuteen liittyviä ongelmia.Toinen menetelmä on muuttaa palauteverkkoa muuttamalla vastus- tai kondensaattorin arvoja, jotka voivat vaikuttaa siihen, kuinka nopeasti OP AMP reagoi syöttömuutoksiin, tarjoamalla käytännöllisen tavan hienosäätää suorituskykyä korvaamatta OP AMP: tä.Ulkoiset kompensointitekniikat, kuten ohituskondensaattorien tai snubber -piirien lisääminen, voivat auttaa hallitsemaan käännekorkoa parantamalla vakautta ja vähentämällä ei -toivottuja värähtelyjä.

3. Onko läpikulku ramppi?

Kyllä, käännekoroa pidetään usein eräänlaisena ramppi -arvona.Se kuvaa maksiminopeutta, jolla OP -vahvistimen lähtö voi muuttua ja ilmaista volteilla mikrosekuntia kohden (V/µs).Tämä nopeus on samanlainen kuin ramppi, koska se rajoittaa, kuinka jyrkkä lähtöjännite voi nousta tai pudota, aivan kuten ramppi hallitsee nousun tai laskeutumisen kulmaa.

4. Mitä eroa on surma- ja nousuajan välillä?

Sylänopeus ja nousuaika ovat toisiinsa liittyviä, mutta selkeät parametrit signaalinkäsittelyssä.Surujenopeus mittaa, kuinka nopeasti operatiivisen vahvistimen lähtö voi muuttua, mikä osoittaa signaalin taajuudesta riippumattoman muutoksen enimmäisnopeuden.Sitä vastoin nousuaika viittaa siihen aikaan, joka kuluu signaalin siirtymiseen määritetystä alhaisesta arvosta (10%) korkeaan arvoon (90%) suurimmasta amplitudista, ja se riippuu signaalin taajuudesta ja järjestelmän kokonaismäärästäKaistanleveys.Vaikka läpimurto asettaa rajaolosuhteet ulostulon suurimmalle kyvylle, nousuaika on havaittavissa ominaisuus signaalin käyttäytymiselle näissä rajoissa.

5. Mikä on surun ja CMRR: n välinen suhde?

Suru- ja yhteisen moodin hyljintäsuhde (CMRR) ovat kaksi eri näkökohtaa operatiivisen vahvistimen (OP AMP: n) suorituskyvyssä.Surujenopeus käsittelee sitä, kuinka nopeasti OP AMP voi reagoida tulosignaalin muutoksiin, kun taas CMRR mittaa, kuinka hyvin OP AMP voi hylätä kohinan tai häiriöt, jotka vaikuttavat molemmiin tuloihin tasa -arvoisesti.Vaikka nämä kaksi tekijää eivät liity toisiinsa, ne voivat vaikuttaa toisiinsa tietyissä tilanteissa.Esimerkiksi nopeiden piireissä, joissa OP AMP: n on reagoitava nopeasti, korkea lämmitys voi aiheuttaa epätasapainoa sisäisissä piireissä, mikä voisi vähentää CMRR: ää ja aiheuttaa virheitä tai vääristymiä.