na 2024/08/30 518

OP Amp STREAM: Práce a jeho aplikace

Rychlost proudění operačního zesilovače (OP AMP) je to, jak rychle se může výstupní napětí změnit v reakci na rychle se měnící vstupní signál.Je to důležité, protože umožňuje OP AMP zpracovat rychlé signály bez zkreslení, udržovat signály jasné a přesné v různých elektronických aplikacích.Tato rychlost, měřená ve voltech na mikrosekundu (V/µs), kde jsou vysokofrekvenční signály nebo rychlé změny vstupu.

Tento článek se podrobně podívá na to, jak různé volby návrhu v zesilovačích, jako je kompenzace frekvencí, nastavení výstupu a vnitřní kapacita, ovlivňují to, jak fungují op-amps.Rovněž hovoří o rovnováze mezi rychlostí spouštění a šířkou pásma a porovnává různé zesilovače, které pomáhají s výběrem správného pro konkrétní použití.

Katalog

Obrázek 1: Obvod měření rychlosti

Faktory ovlivňující rychlost proudu v operačních zesilovačích

Několik prvků ovlivňuje tuto rychlost a ovlivňuje celkový výkon operačního zesilovače.

Kompenzace frekvence je důležité udržet stabilní op-amp za různých podmínek.Zahrnuje použití vnitřních součástí, jako jsou kompenzační kondenzátory a zpětná vazba, aby se zabránilo problémům, jako jsou oscilace při vysokých frekvencích.Tyto části však také zpomalují, jak rychle může OP-AMP reagovat na rychlé změny vstupního signálu, což omezuje rychlost proudu.Takže, i když pomáhají se stabilitou, také snižují rychlost op-amp v reakci na náhlé změny.

Obrázek 2: Frekvenční kompenzace op-amp

Návrh fáze výstupu V op-amp je další hlavní faktor, který ovlivňuje rychlost spouštění.Tato fáze zahrnuje komponenty, jako jsou výstupní tranzistory a obvody, které poskytují aktuální potřebu řídit zátěž.Velikost a konstrukce těchto částí určují, kolik proudu lze dodat k nabíjení nebo vypouštění jakýchkoli připojených kondenzátorů, které přímo ovlivňují rychlost spouštění.Například větší tranzistory mohou poskytnout více proudu, což umožňuje rychleji se měnit výstupní napětí.Podobně i obvody, které zvyšují proud, mohou pomoci op-amp reagovat rychleji na náhlé změny vstupu a zlepšit rychlost spouštění.

Obrázek 3: Návrh fáze výstupu op-amp.

V rámci provozu zařízení jsou uvnitř op-amp, různé kondenzátory. Celkové množství vnitřní kapacitance V sítích zpětné vazby a kompenzace ovlivňuje rychlost spouštění.Tato kapacitance řídí, jak rychle se může op-amp nabíjet a vybíjet, což ovlivňuje, jak rychle může výstup následovat změny vstupu. Produkt šířky pásma zisku (GBP) Op-Amp nastaví limit toho, jak rychle může výstup dodržovat vstupní signál, zatímco je stále přesný.Vyšší GBP znamená, že op-amp dokáže zvládnout vyšší frekvence bez ztráty přesnosti, což vede k lepší rychlosti zabití.

Obrázek 4: Šířka pásma operace op-amp.

Zkreslení rychlosti v provozních zesilovačích

Obrázek 5: Rychlost zabití

Když je překročena rychlost proudění op-amp, zkreslení ve výstupním signálu je zřejmé, zejména u sinusových vln.Sinusová vlna hladce stoupá a padá a nejrychlejší změna se děje v bodě nulové přechodu.Pokud je frekvence nebo síla sinusové vlny příliš vysoká pro op-amp, nebude výstup vypadat jako hladká sinusová vlna, která vstoupila. Místo toho se výstup změní na trojúhelníkový tvar, protože op-amp nemůže změnit svůjvýstup dostatečně rychle, aby držel krok se vstupem.

Tento trojúhelníkový výstup je jasným znakem toho, co se nazývá zkreslení rychlosti.Tento typ zkreslení je problém, protože nejen mění tvar tvaru vlny, ale také zavádí nežádoucí frekvence, které dokážou zkazit jiné části obvodu.Tato situace jasně ukazuje, jak může op-amp bojovat s rychlými změnami vstupního signálu.

Aby se zabránilo zkreslení rychlosti zasunutí, je důležité zvolit op-ampérní rychlost, která je vyšší než nejrychlejší změna napětí, kterou v aplikaci očekáváte.Přemýšlejte o síle i rychlosti signálu, abyste zjistili pravou rychlost.Tímto způsobem může Op-Amp zvládnout rychlé změny, aniž by zkazilo výstup.

Obrázek 6: Zkreslení rychlosti proudu

Výpočet požadované rychlosti proudu

Vzorec použitý pro výpočet požadované rychlosti spouštění je:

V tomto vzorci:

• • je nejvyšší frekvence signálu, který chcete amplifikovat (měřeno v Hertz, Hz).

• • je pík napětí tohoto signálu (měřeno v Volts, V).

Řekněme, že chcete zesílit signál, který má maximální napětí 5V a frekvenci 25 kHz.Vypočítají byste rychlost spouštění následujícím způsobem:

Když tyto hodnoty vynásobíte, získáte:

Nakonec porovnejte vypočítanou rychlost spouštění se specifikacemi op-amp, které plánujete použít.Rychlost proudu Op-Amp musí být přinejmenším stejně vysoká jako vypočítaná hodnota, aby byla zajištěna provoz bez zkreslení.

Obrázek 7: Vzorec rychlosti proudu

Tady je další příklad.Představte si, že musíte řídit sinusový signál s následujícími charakteristikami:

• Napětí na vrchol na vrchol: 5V

• Maximální frekvence: 1 MHz (1 milion cyklů za sekundu)

Naším cílem je vypočítat minimální rychlost spouštění potřebné pro to, aby OP zesilovač zvládl tento signál bez zkreslení.

Abychom rozdělili hodnoty signálu 5V signálu na vrchol, nejprve vypočítáme špičkové napětí.Vrcholové napětí je polovinou napětí na vrchol.Pro signál s maximální hodnotou 5V, vrcholné napětí () by bylo 2,5 V, jak je vypočteno vzorem:

Navíc maximální frekvence () je poskytováno jako 1 MHz.

Rychlost snižování (SR) je měřítkem toho, jak rychle se může výstup OP zesilovače změnit.Aby se zabránilo zkreslení, musí být rychlost proudu dostatečně rychlá, aby udržela krok se signálem.Vzorec pro výpočet rychlosti spouštění je:

Vložte hodnoty do vzorce:

To zjednodušuje na:

Aby se zajistilo, že váš OP zesilovač zvládne signál 5V vrcholu na vrchol na frekvenci 1 MHz bez zkreslení, musí mít rychlost proudu alespoň 15,7 V/μs.

Rychlost zasunutí vs. šířka pásma

Pro jejich schopnost zvládnout vysokofrekvenční signály je nutné spojení mezi rychlostí proudu a šířkou pásma v operačních zesilovačích.Vyšší rychlost proudění umožňuje rychlejšímu změně výstupního napětí a může v některých případech zlepšit šířku pásma zesilovače.Samotná rychlá rychlost rychlosti však nezaručuje širokou šířku pásma.Šířka pásma je také omezena faktory, jako je vnitřní kompenzace zesilovače OP a návrh vnitřních stádií.Tato omezení zdůrazňují, že zatímco míra proudu i šířka pásma jsou důležitá, nerovná se přímo navzájem a obě je třeba je považovat za optimální výkon.

Při navrhování obvodů musíte pečlivě vyvážit rychlost a šířku pásma, aby odpovídaly požadavkům konkrétních aplikací.Pokud je rychlost proudění příliš nízká, může zesilovač zkreslit signály, které se rychle mění, i když se zdá, že šířka pásma na papíře.Naopak, zesilovač s omezenou šířkou pásma se bude snažit přesně amplifikovat vysokofrekvenční signály bez ohledu na jeho rychlost.Tato vzájemná závislost znamená, že oba faktory musí být vyhodnoceny společně, aby se zabránilo problémům s integritou signálu.

Výběr operačního zesilovače vyžaduje zvážení míry proudu i šířky pásma dohromady.Zvolený OP AMP musí být schopen zvládnout úplný dynamický rozsah a frekvenční spektrum vstupního signálu, aby se zabránilo problémům, jako je zkreslení signálu nebo ztráta.

Obrázek 8: Šířka pásma a rychlost proudění

Rychlost zabití různých zesilovačů

Provozní Zesilovač	Rychlost zabití (typ) (V/µs)	IQ (typ) (ma)	Typický Aplikace
LM741	0,5	2.8	Obecný účel, zpracování zvuku
TL081	13	3.6	Zvukové a video zesilovače, aktivní filtry
OPA2134	20	4	Profesionální zvukové vybavení, vysoce věrné zesilovače
LM324	0,5	0,8	Spotřební elektronika, zesilovače senzorů
AD823	30	2.8	Vysokorychlostní kondicionování signálu, ovladače ADC
NE5532	9	8	Zvukové pre-zesilovače, míchací konzoly
LT1014	0,2	0,35	Precision Instrumentation, DMMS
LM358	0,6	0,7	Aplikace s nízkým výkonem, baterie
MCP602	2.3	1	Přenosná zařízení, fotodiodové zesilovače
ADA4898	1000	10	Vysokorychlostní komunikace, radarové systémy
OPA369	0,05	0,9	Přenosná zařízení s nízkým výkonem, zesilovače senzorů
OPA333	0,5	0,17	Lékařské vybavení, přesné senzory
OPA277	0,8	2.5	Přesné analogové zpracování, testovací zařízení
OPA129	1.5	6.5	Vysoce impedanční vyrovnávání, lékařské nástroje
OPA350	10	5.5	Video zesilovače, kabelové ovladače
OPA211	27	3.6	Vysoce vysoce výkonná sběr dat, zvukové zesilovače
OPA827	25	4.5	Zvukové předzesilovače, vyrovnávací paměti ADC, výstupní zesilovače DAC
OPA835	560	3.9	Širokopásmové zesilovače, vysokorychlostní zpracování signálu
OPA847	6000	20	RF/If Gint Blocks, vysokorychlostní komunikace

Závěr

Rychlost snižování je rysem operačních zesilovačů, které ovlivňují to, jak dobře zpracovávají rychlé signály a udržují čistotu signálu.Článek pojednává o různých faktorech ovlivňujících rychlost zabití, jako je interní kompenzace, návrh výstupního stupně a omezení šířky pásma.Zahrnuje vzorec pro výpočet požadované rychlosti spouštění a prozkoumá vztah mezi rychlostí a šířce pásma.Článek také porovnává zesilovače založené na jejich rychlosti spouštění a nabízí praktické rady pro přizpůsobení schopností zesilovače se specifickými potřebami, což zabraňuje problémům, jako je zkreslení rychlosti.Celkově toto podrobné vysvětlení pomáhá při lépe porozumění op-amps a zlepšování elektronických systémů.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Co se stane, pokud je rychlost zabití vysoká?

Když má operační zesilovač (OP AMP) vysokou rychlost proudění, může rychle reagovat na změny ve svém vstupním signálu, což umožňuje rychlé nastavení výstupního napětí.Tato schopnost je dobrá pro aplikace vyžadující rychlé zpracování signálu, jako je video nebo RF komunikace.Velmi vysoká míra spouštění však může také představovat výzvy.Může způsobit oscilace nebo nestabilitu v obvodu v systémech zpětné vazby.Rychlejší přechody mohou také do obvodu zavést vysokofrekvenční šum, potenciálně z napájecích vedení nebo blízkých vysokorychlostních digitálních signálů.

2. Jak ovládáte rychlost zabití?

Řízení rychlosti proudu v operačním zesilovači (OP AMP) zahrnuje úpravu vnitřní konfigurace OP zesilovače nebo úpravu návrhu obvodu.Jednou z metod je vybrat OP zesilovač s vlastní rychlostí proudění, která odpovídá potřebám vaší aplikace, což vám umožní zabránit problémům souvisejícím s nadměrnou nebo nedostatečnou rychlostí.Další metodou je změnit síť zpětné vazby změnou hodnot rezistoru nebo kondenzátoru, které mohou ovlivnit, jak rychle OP AMP reaguje na změny vstupů, což poskytuje praktický způsob, jak doladit výkon, aniž by nahradil OP zesilovač.Techniky externí kompenzace, jako je přidání obtokových kondenzátorů nebo snubborových obvodů, mohou pomoci zvládnout rychlost proudu zlepšením stability a snižováním nežádoucích oscilací.

3. Je rychlost rychlosti rychlosti rampy?

Ano, rychlost proudu je často považována za typ rampy.Popisuje maximální rychlost, při které se může výstup OP zesilovače změnit, a vyjádřen ve voltech na mikrosekundu (V/µs).Tato rychlost se podobá rampě v tom, že omezuje, jak strmé výstupní napětí může stoupat nebo klesnout, podobně jako rampa řídí úhel výstupu nebo sestupu.

4. Jaký je rozdíl mezi rychlostí skvrny a dobou nárůstu?

Rychlost zabití a doba nárůstu souvisejí, ale při zpracování signálu jsou odlišné parametry.Rychlost spouštění měří, jak rychle se může výstup operačního zesilovače změnit, což ukazuje na maximální rychlost změny nezávisle na frekvenci signálu.Naproti tomu doba nárůstu se týká doby, kdy signál vyžaduje přechod z určené nízké hodnoty (10%) na vysokou hodnotu (90%) své maximální amplitudy a je závislý na frekvenci signálu a celkovém systému systému v systému systémušířka pásma.Zatímco rychlost proudění nastavuje hraniční podmínku pro maximální schopnost výstupu, doba nárůstu je pozorovatelná charakteristika toho, jak se signál chová v těchto mezích.

5. Jaký je vztah mezi rychlostí spouštění a CMRR?

Rychlost zabití a poměr odmítnutí běžného režimu (CMRR) jsou dva různé aspekty výkonu operačního zesilovače (OP amp).Rychlost spouštění se zabývá tím, jak rychle může OP AMP reagovat na změny vstupního signálu, zatímco CMRR měří, jak dobře OP AMP může odmítnout šum nebo rušení, které ovlivňuje oba vstupy stejně.Ačkoli tyto dva faktory nesouvisejí, mohou se navzájem ovlivňovat v určitých situacích.Například ve vysokorychlostních obvodech, kde musí OP zesilovač rychle reagovat, může vysoká rychlost proudění vytvořit nerovnováhu ve vnitřních obvodech, což by mohlo snížit CMRR a způsobit chyby nebo zkreslení.