Tariffa di Slew Amp Amp: Working e le sue applicazioni

La velocità di serie di un amplificatore operativo (amp) è la rapidità con cui la tensione di uscita può cambiare in risposta a un segnale di ingresso che cambia rapidamente.È importante perché consente all'amplificatore OP di gestire segnali veloci senza distorsione, mantenendo i segnali chiari e accurati in varie applicazioni elettroniche.Questa velocità, misurata in Volt per microsecondo (V/µS), dove ci sono segnali ad alta frequenza o rapide variazioni nell'ingresso.

Questo articolo dà uno sguardo dettagliato a come le diverse scelte di progettazione negli amplificatori, come la compensazione della frequenza, la configurazione dello stadio di output e la capacità interna, influenzano il funzionamento del modo in cui funzionano gli AMP.Parla anche dell'equilibrio tra tasso di serie e larghezza di banda e confronta diversi amplificatori per aiutare a scegliere quello giusto per usi specifici.

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Figura 1: Circuito di misurazione della velocità di serie

Fattori che influenzano il tasso di serie negli amplificatori operativi

Diversi elementi influenzano questo tasso, influenzando le prestazioni complessive dell'amplificatore operazionale.

Compensazione della frequenza è importante mantenere un amplificatore operazionale in varie condizioni.Implica l'uso di parti interne come condensatori di compensazione e circuiti di feedback per evitare problemi come le oscillazioni alle alte frequenze.Tuttavia, queste parti rallentano anche la rapidità con cui l'amplificatore operazionale può rispondere a rapidi cambiamenti nel segnale di ingresso, limitando la velocità di serie.Quindi, mentre aiutano con la stabilità, riducono anche la velocità dell'amp-amp nel reagire a cambiamenti improvvisi.

Figura 2: compensazione della frequenza dell'amplificatore operazionale

Il design della fase di uscita In un amplificatore operazionale c'è un altro fattore principale che influisce sulla velocità di serie.Questa fase include componenti come transistor di uscita e circuiti che forniscono la necessità di corrente per guidare il carico.Le dimensioni e la progettazione di queste parti determinano quanta corrente può essere fornita per caricare o scaricare eventuali condensatori collegati che colpiscono direttamente la velocità di serie.Ad esempio, i transistor più grandi possono fornire più corrente, consentendo alla tensione di uscita di cambiare più rapidamente.Allo stesso modo, i circuiti che aumentano la corrente possono aiutare l'amp-amp a rispondere più velocemente alle improvvise variazioni di input, migliorando la frequenza di serie.

Figura 3: Progettazione di stadio di uscita OP-AMP

All'interno di un amplificatore operazionale, diversi condensatori archiviano e rilasciano carica mentre il dispositivo opera. La quantità totale di capacità interna Nelle reti di feedback e compensazione, influenza la tariffa Slew.Questa capacità controlla la rapidità con cui l'amplificatore operazionale può caricare e scaricare, influenzando la velocità con cui l'uscita può seguire le modifiche di input. Il prodotto Gain Wandwidth (GBP) di un amplificatore operazionale imposta un limite alla rapidità con cui l'uscita può seguire il segnale di ingresso pur essendo accurato.Un GBP più elevato significa che l'amplificatore operazionale è in grado di gestire frequenze più elevate senza perdere la precisione, portando a una velocità di serie migliore.

Figura 4: larghezza di banda del guadagno op-amp

Distorsione del tasso di slitta negli amplificatori operativi

Figura 5: tasso di grinta

Quando viene superata la velocità di Slew di un AMP OP, la distorsione nel segnale di uscita diventa evidente, in particolare con le onde sinusoidali.Un'onda sinusoidale aumenta e diminuisce e il cambiamento più rapido avviene nel punto di incrocio zero.Se la frequenza o la forza dell'onda sinusoidale è troppo alta per l'amplifica operazionale, l'output non assomiglia all'onda sine liscia che è entrata. Invece, l'output si trasforma in una forma triangolare perché l'amp-amp non può cambiare il suoOutput abbastanza veloce da tenere il passo con l'input.

Questa produzione triangolare è un chiaro segno di ciò che è noto come distorsione della frequenza.Questo tipo di distorsione è un problema perché non solo cambia la forma della forma d'onda, ma introduce anche frequenze indesiderate che possono rovinare altre parti del circuito.Questa situazione mostra chiaramente come un amplificatore operazionale può lottare con rapidi cambiamenti nel segnale di ingresso.

Per prevenire la distorsione della velocità di serie, è importante scegliere un amplificatore operazionale con una velocità di serie superiore alla variazione di tensione più rapida che ti aspetti nella tua applicazione.Pensa sia alla resistenza che alla velocità del segnale per capire la velocità di serie giusta.In questo modo, l'amp-amp può gestire cambiamenti rapidi senza incasinare l'output.

Figura 6: distorsione della velocità di grinta

Calcolo della velocità di grinta richiesta

La formula utilizzata per calcolare la velocità di serie richiesta è:

In questa formula:

• è la più alta frequenza del segnale che si desidera amplificare (misurato in Hertz, HZ).

• è la tensione di picco di quel segnale (misurata in Volt, V).

Supponiamo che tu voglia amplificare un segnale che abbia una tensione di picco di 5 V e una frequenza di 25kHz.Calcoleresti la velocità di serie come segue:

Quando moltiplichi questi valori, ottieni:

Infine, confronta la velocità di serie calcolata con le specifiche dell'amplificatore operazionale che prevedi di utilizzare.La velocità di serie dell'amp-amp deve essere alta almeno quanto il valore calcolato per garantire il funzionamento privo di distorsioni.

Figura 7: formula della velocità di serie

Ecco un altro esempio.Immagina di dover guidare un segnale sinusoidale con le seguenti caratteristiche:

• Tensione di picco a picco: 5V

• Frequenza massima: 1 MHz (1 milione di cicli al secondo)

Il nostro obiettivo è calcolare la velocità minima di serie richiesta per un amplificatore operazionale per gestire questo segnale senza distorsione.

Per abbattere i valori per un segnale di picco a picco da 5 V, calcoliamo prima la tensione di picco.La tensione di picco è la metà della tensione di picco a picco.Per un segnale con un valore di picco a picco di 5 V, la tensione di picco () sarebbe 2,5 V, come calcolato dalla formula:

Inoltre, la frequenza massima () è fornito come 1 MHz.

La frequenza di Slew (SR) è una misura della rapidità con cui l'uscita di un amplificatore operazionale può cambiare.Per evitare la distorsione, la velocità di serie deve essere abbastanza veloce da tenere il passo con il segnale.La formula per calcolare la velocità di serie è:

Inseriamo i valori nella formula:

Questo semplifica a:

Pertanto, per garantire che l'amplificatore operazionale possa gestire il segnale picco-picco da 5 V a una frequenza di 1 MHz senza distorsione, deve avere una velocità di Slew di almeno 15,7 V/μs.

Tasso di griglia vs. larghezza di banda

La connessione tra velocità di serie e larghezza di banda negli amplificatori operativi è necessaria per la loro capacità di gestire segnali ad alta frequenza.Una velocità di serie più elevata consente alla tensione di uscita di cambiare più rapidamente e può migliorare la larghezza di banda dell'amplificatore in alcuni casi.Tuttavia, una frequenza rapida da sola non garantisce un'ampia larghezza di banda.La larghezza di banda è anche limitata da fattori come la compensazione interna dell'amplificatore operazionale e la progettazione delle sue fasi interne.Questi vincoli evidenziano che, sebbene sia la velocità di serie che la larghezza di banda sono importanti, non si equipaggiano direttamente l'uno all'altro ed entrambi devono essere considerati per prestazioni ottimali.

Durante la progettazione di circuiti, è necessario bilanciare attentamente la tariffa e la larghezza di banda per soddisfare i requisiti di applicazioni specifiche.Se la velocità di serie è troppo bassa, l'amplificatore può distorcere i segnali che cambiano rapidamente, anche se la larghezza di banda sembra sufficiente sulla carta.Al contrario, un amplificatore con larghezza di banda limitata farà fatica ad amplificare accuratamente i segnali ad alta frequenza, indipendentemente dalla sua tariffa.Questa interdipendenza significa che entrambi i fattori devono essere valutati insieme per prevenire problemi di integrità del segnale.

La selezione di un amplificatore operativo richiede di considerare sia la frequenza di serie che la larghezza di banda insieme.L'amplificatore OP scelto deve essere in grado di gestire l'intera gamma dinamica e lo spettro di frequenza del segnale di ingresso per evitare problemi come la distorsione del segnale o la perdita.

Figura 8: larghezza di banda e tasso di griglia

Tasso di pilotaggio di amplificatori diversi

Operativo Amplificatore	Tasso di grinta (tipo) (V/µs)	IOQ (tip) (MA)	Tipico Applicazione
LM741	0,5	2.8	Scopo generale, elaborazione audio
TL081	13	3.6	Amplificatori audio e video, filtri attivi
OPA2134	20	4	Attrezzature audio professionali, amplificatori ad alta fedeltà
LM324	0,5	0.8	Elettronica di consumo, amplificatori del sensore
AD823	30	2.8	Condizionamento del segnale ad alta velocità, driver ADC
NE5532	9	8	Pre-amplificatori audio, console di miscelazione
LT1014	0.2	0,35	Strumentazione di precisione, DMMS
LM358	0.6	0.7	Applicazioni a bassa potenza, dispositivi a batteria
MCP602	2.3	1	Dispositivi portatili, amplificatori di fotodiodi
ADA4898	1000	10	Comunicazione ad alta velocità, sistemi radar
OPA369	0,05	0.9	Dispositivi portatili a bassa potenza, amplificatori del sensore
OPA333	0,5	0.17	Strumentazione medica, sensori di precisione
OPA277	0.8	2.5	Elaborazione analogica di precisione, apparecchiatura di prova
OPA129	1.5	6.5	Buffering ad alta impedenza, strumenti medici
OPA350	10	5.5	Amplificatori video, driver di cavi
OPA211	27	3.6	Acquisizione di dati ad alte prestazioni, amplificatori audio
OPA827	25	4.5	Preamps audio, buffer ADC, amplificatori di uscita DAC
OPA835	560	3.9	Amplificatori a banda larga, elaborazione del segnale ad alta velocità
OPA847	6000	20	RF/se guadagno blocchi, comunicazioni ad alta velocità

Conclusione

La velocità di serie è una caratteristica degli amplificatori operativi che influiscono su come gestiscono i segnali veloci e mantengono la chiarezza del segnale.L'articolo discute vari fattori che influenzano la velocità di serie, come la compensazione interna, la progettazione dello stadio di output e i limiti di larghezza di banda.Include una formula per il calcolo della velocità di serie richiesta ed esplora la relazione tra tasso di serie e larghezza di banda.L'articolo confronta inoltre amplificatori in base alle loro tariffe di serie e offre consigli pratici per abbinare le capacità di amplificatore a esigenze specifiche, prevenendo problemi come la distorsione della velocità di serie.Nel complesso, questa spiegazione dettagliata aiuta a comprendere meglio gli ampli operativi e il miglioramento dei sistemi elettronici.

Domande frequenti [FAQ]

1. Cosa succede se la velocità di serie è alta?

Quando un amplificatore operativo (AMP OP) ha una velocità elevata, può rispondere rapidamente alle variazioni del suo segnale di ingresso, consentendo alla tensione di uscita di regolare rapidamente.Questa capacità è utile per le applicazioni che richiedono un'elaborazione rapida del segnale, come le comunicazioni video o RF.Tuttavia, una tariffa molto elevata può anche presentare sfide.Può causare oscillazioni o instabilità nel circuito nei sistemi di feedback.Inoltre, transizioni più rapide possono introdurre un rumore più ad alta frequenza nel circuito, potenzialmente dalle linee di alimentazione o segnali digitali ad alta velocità vicini.

2. Come controlli la tariffa Slew?

Il controllo della velocità di serie in un amplificatore operativo (AMP) prevede la regolazione della configurazione interna dell'amplificatore OP o la modifica della progettazione del circuito.Un metodo è selezionare un amplificatore operazionale con una velocità di serie intrinseca che corrisponda alle esigenze dell'applicazione, consentendo di impedire i problemi relativi a una velocità eccessiva o insufficiente.Un altro metodo è quello di modificare la rete di feedback modificando i valori di resistenza o condensatore che possono influenzare la rapidità con cui l'amplificatore OP risponde alle modifiche di input, fornendo un modo pratico per perfezionare le prestazioni senza sostituire l'amplificatore operazionale.Le tecniche di compensazione esterne, come l'aggiunta di condensatori di bypass o circuiti di snobber, possono aiutare a gestire la tariffa di serie migliorando la stabilità e riducendo le oscillazioni indesiderate.

3. La frequenza di Slew è un tasso di rampa?

Sì, la velocità di serie è spesso considerata un tipo di velocità di rampa.Descrive la velocità massima alla quale può cambiare l'output di un amplificatore operazionale ed espressa in volt per microsecondo (v/µs).Questa velocità è simile a una rampa in quanto limita quanto la tensione di uscita possa salire o scendere, proprio come una rampa controlla l'angolo di salita o discesa.

4. Qual è la differenza tra il tasso di serie e il tempo di salita?

La velocità di sollevamento e il tempo di ascesa sono parametri correlati ma distinti nell'elaborazione del segnale.La velocità di Slew misura la velocità con cui l'uscita di un amplificatore operativo può cambiare, indicando il tasso massimo di variazione indipendente dalla frequenza del segnale.Al contrario, il tempo di aumento si riferisce al tempo impiegato per un segnale che passa da un valore basso specificato (10%) a un valore elevato (90%) della sua massima ampiezza, ed è dipendente dalla frequenza del segnale e dal complesso del sistemalarghezza di banda.Mentre la velocità di serie imposta una condizione al contorno per la massima capacità dell'uscita, il tempo di aumento è una caratteristica osservabile di come un segnale si comporta entro tali limiti.

5. Qual è la relazione tra la frequenza di Slew e CMRR?

La frequenza di Slew e il rapporto di rifiuto in modalità comune (CMRR) sono due diversi aspetti delle prestazioni di un amplificatore operativo (AMP).La frequenza di serie si occupa della rapidità con cui l'amplificatore OP può rispondere alle variazioni del segnale di ingresso, mentre CMRR misura quanto bene l'amplificatore OP può rifiutare il rumore o l'interferenza che influisce su entrambi gli ingressi allo stesso modo.Sebbene questi due fattori non siano correlati, possono influenzarsi a vicenda in determinate situazioni.Ad esempio, nei circuiti ad alta velocità in cui l'amplificatore OP deve rispondere rapidamente, un alto tasso di pilotaggio potrebbe creare squilibri nei circuiti interni, che potrebbero ridurre il CMRR e causare errori o distorsioni.