OP -Verstärker -Verstärkungsrate: Arbeiten und seine Anwendungen

Die Nutzungsrate eines operativen Verstärkers (OP AMP) ist, wie schnell sich die Ausgangsspannung als Reaktion auf ein sich schnell verändernder Eingangssignal ändern kann.Es ist wichtig, da der OP -Verstärker schneller Signale ohne Verzerrung verarbeitet und die Signale in verschiedenen elektronischen Anwendungen klar und genau hält.Diese Rate, gemessen in Volt pro Mikrosekunde (v/µs), wo es hochfrequente Signale oder schnelle Änderungen im Eingang gibt.

In diesem Artikel wird ein detaillierter Überblick darüber, wie unterschiedliche Designentscheidungen in Verstärkern wie Frequenzkompensation, Ausgangsbühne und interner Kapazität beeinflussen, wie Op-Amps funktioniert.Es spricht auch über das Gleichgewicht zwischen der Steigerung und der Bandbreite und vergleicht verschiedene Verstärker, um die richtige Auswahl für bestimmte Verwendungszwecke auszuwählen.

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Abbildung 1: Messkreis für die Messung der Geschwindigkeit

Faktoren, die die Slew -Rate bei operativen Verstärkern beeinflussen

Mehrere Elemente beeinflussen diese Rate und beeinflussen die Gesamtleistung des Operationsverstärkers.

Frequenzkompensation ist wichtig, um einen Operationsverstärker unter verschiedenen Bedingungen stabil zu halten.Es umfasst die Verwendung interner Teile wie Kompensationskondensatoren und Rückkopplungsschleifen, um Probleme wie Schwingungen bei hohen Frequenzen zu vermeiden.Diese Teile verlangsamen jedoch auch, wie schnell der OP-Ampere auf schnelle Änderungen des Eingangssignals reagieren kann, wodurch die Dlew-Rate eingeschränkt wird.Während sie bei der Stabilität helfen, verringern sie auch die Geschwindigkeit des Operationsverstärkers bei der Reaktion auf plötzliche Veränderungen.

Abbildung 2: Frequenzkompensation von Op-Ampere

Das Design der Ausgangsstufe In einem Op-Ampere ist ein weiterer Hauptfaktor, der die Slw-Rate beeinflusst.Diese Stufe umfasst Komponenten wie Ausgangstransistoren und Schaltungen, die den Strom zur Steigerung der Last ermöglichen.Die Größe und das Design dieser Teile bestimmen, wie viel Strom zur Aufladung oder Entladung von angeschlossenen Kondensatoren geliefert werden kann, die direkt auf die TS -Rate auswirken.Zum Beispiel können größere Transistoren mehr Strom liefern, sodass sich die Ausgangsspannung schneller ändern kann.In ähnlicher Weise können Schaltungen, die den Strom steigern, dem OP-Ampere helfen, schneller auf plötzliche Eingangsänderungen zu reagieren, wodurch die Stillpunktrate verbessert wird.

Abbildung 3: Ausgangsbühnendesign der OP-Ampere

In einem Operationsverstärker speichern und Freigabegebühren, wenn das Gerät arbeitet. Die Gesamtmenge der internen Kapazität In Feedback- und Kompensationsnetzwerken beeinflusst die Stillpunktrate.Diese Kapazität steuert, wie schnell der Operationsverstärker aufladen und entladen kann, und beeinflusst, wie schnell der Ausgang Eingangsänderungen folgen kann. Das Gain -Bandbreitenprodukt (GBP) Von einem Op-Ampere legt ein Grenzwert dafür fest, wie schnell der Ausgang dem Eingangssignal folgen kann und gleichzeitig genau ist.Ein höherer GBP bedeutet, dass der Operationsverstärker mit höheren Frequenzen ohne Präzision umgehen kann, was zu einer besseren Pendelrate führt.

Abbildung 4: Op-Amper-Gewinnbandbreite

Verzerrung der Snotrate bei operativen Verstärkern

Abbildung 5: Slw -Rate

Wenn die Schlupfrate eines Op-Amps überschritten wird, wird die Verzerrung des Ausgangssignals insbesondere bei Sinuswellen erkennbar.Eine Sinuswelle steigt und fällt reibungslos und die schnellste Änderung findet am Null-Crossing-Punkt statt.Wenn die Frequenz oder Festigkeit der Sinuswelle für den Op-Amper zu hoch ist, sieht der Ausgang nicht wie die glatte Sinuswelle aus, die eingelaufen ist. Stattdessen verwandelt sich der Ausgang in eine dreieckige Form, da der Op-Amper seine nicht ändern kannAusgabe schnell genug ausgeben, um mit der Eingabe Schritt zu halten.

Diese dreieckige Ausgabe ist ein klares Zeichen dafür, dass die Verzerrung der SWEW -Rate genannt wird.Diese Art der Verzerrung ist ein Problem, da sie nicht nur die Form der Wellenform ändert, sondern auch unerwünschte Frequenzen einführt, die andere Teile der Schaltung durcheinander bringen können.Diese Situation zeigt deutlich, wie ein OP-Ampere mit schnellen Änderungen im Eingangssignal kämpfen kann.

Um eine Verzerrung der Twning-Rate zu verhindern, ist es wichtig, einen OP-Ampere mit einer höheren Rate zu wählen, die höher ist als die schnellste Spannungsänderung, die Sie in Ihrer Anwendung erwarten.Denken Sie sowohl über die Stärke als auch über die Geschwindigkeit des Signals nach, um die richtige Schlupfrate herauszufinden.Auf diese Weise kann der OP-Ampere schnelle Änderungen bewältigen, ohne die Ausgabe durcheinander zu bringen.

Abbildung 6: Verzerrung der Geschwindigkeitsrate

Berechnung der erforderlichen Schlimmerrate

Die Formel, die zur Berechnung der erforderlichen SLEW -Rate verwendet wird, lautet:

In dieser Formel:

• ist die höchste Frequenz des Signals, das Sie verstärken möchten (gemessen in Hertz, Hz).

• ist die Spitzenspannung dieses Signals (gemessen in Volt, V).

Nehmen wir an, Sie möchten ein Signal mit einer Spitzenspannung von 5 V und einer Frequenz von 25 kHz verstärken.Sie würden die Slew -Rate wie folgt berechnen:

Wenn Sie diese Werte multiplizieren, erhalten Sie:

Vergleichen Sie schließlich die berechnete Slw-Rate mit den Spezifikationen des von Ihnen zu verwendenden Operationsverstärkers.Die TS-Rate des Op-Amps muss mindestens so hoch sein wie der berechnete Wert, um einen verzerrungsfreien Betrieb zu gewährleisten.

Abbildung 7: Slw -Rate -Formel

Hier ist ein weiteres Beispiel.Stellen Sie sich vor, Sie müssen ein sinusförmiges Signal mit den folgenden Eigenschaften vorantreiben:

• Peak-to-Speak-Spannung: 5V

• Maximale Frequenz: 1 MHz (1 Million Zyklen pro Sekunde)

Unser Ziel ist es, die für einen OP -Verstärker erforderliche minimale Tail -Rate zu berechnen, um dieses Signal ohne Verzerrung zu behandeln.

Um die Werte für ein 5-V-Peak-to-Peak-Signal abzubauen, berechnen wir zunächst die Spitzenspannung.Die Spitzenspannung ist die Hälfte der Spitzen-zu-Speak-Spannung.Für ein Signal mit einem Spitzen-zu-Speak-Wert von 5 V der Spitzenspannung () wäre 2,5 V, wie durch die Formel berechnet:

Zusätzlich die maximale Frequenz () wird als 1 MHz bereitgestellt.

Die Slew Rate (SR) ist ein Maß dafür, wie schnell sich die Ausgabe eines OP -Verstärkers ändern kann.Um Verzerrungen zu vermeiden, muss die Slw -Rate schnell genug sein, um mit dem Signal Schritt zu halten.Die Formel zur Berechnung der Stillschriftenrate lautet:

Fügen wir die Werte in die Formel ein:

Dies vereinfacht:

Um sicherzustellen, dass Ihr OP-Verstärker das 5-V-Spitzen-zu-Peak-Signal bei einer Frequenz von 1 MHz ohne Verzerrung verarbeiten kann, muss es eine Schwindelrate von mindestens 15,7 V/μs haben.

Schwindel -Rate gegen Bandbreite

Der Zusammenhang zwischen der Stillstandsrate und der Bandbreite in operativen Verstärkern ist für ihre Fähigkeit erforderlich, Hochfrequenzsignale zu bewältigen.Eine höhere T -T -Rate ermöglicht es der Ausgangsspannung, sich schneller zu ändern, und kann in einigen Fällen die Bandbreite des Verstärkers verbessern.Ein schneller Preis allein garantiert jedoch keine große Bandbreite.Die Bandbreite ist auch durch Faktoren wie die interne Kompensation des OP -Verstärkers und das Design seiner internen Phasen begrenzt.Diese Einschränkungen belegen, dass sowohl die Slid -Rate als auch die Bandbreite wichtig sind, sie jedoch nicht direkt zueinander gleichsetzen und beide für eine optimale Leistung in Betracht gezogen werden müssen.

Beim Entwerfen von Schaltkreisen müssen Sie die Slew -Rate und die Bandbreite sorgfältig ausgleichen, um den Anforderungen bestimmter Anwendungen zu entsprechen.Wenn die Slw -Rate zu niedrig ist, kann der Verstärker die Signale verzerren, die sich schnell ändern, selbst wenn die Bandbreite auf dem Papier ausreichend erscheint.Umgekehrt wird ein Verstärker mit begrenzter Bandbreite Schwierigkeiten haben, die Hochfrequenzsignale unabhängig von seiner Slew-Rate genau zu verstärken.Diese gegenseitige Abhängigkeit bedeutet, dass beide Faktoren gemeinsam bewertet werden müssen, um Probleme mit der Signalintegrität zu verhindern.

Die Auswahl eines operativen Verstärkers erfordert, dass sowohl die Slw -Rate als auch die Bandbreite zusammen berücksichtigt werden.Der gewählte OP -Verstärker muss in der Lage sein, den vollständigen Dynamikbereich und das Frequenzspektrum des Eingangssignals zu behandeln, um Probleme wie Signalverzerrung oder Verlust zu vermeiden.

Abbildung 8: Bandbreite und Schlupfrate

Schlupfrate verschiedener Verstärker

Operativ Verstärker	Slw -Rate (Typ) (V/µs)	ICHQ (Typ) (ma)	Typisch Anwendung
LM741	0,5	2.8	Allgemeinzweck, Audioverarbeitung
Tl081	13	3.6	Audio- und Videoverstärker, aktive Filter
OPA2134	20	4	Professionelle Audiogeräte, High-Fidelity-Verstärker
LM324	0,5	0,8	Unterhaltungselektronik, Sensorverstärker
AD823	30	2.8	Hochgeschwindigkeitssignalkonditionierung, ADC-Treiber
NE5532	9	8	Audio-Vorverstärker, Mischen von Konsolen
LT1014	0,2	0,35	Präzisionsinstrumentierung, DMMS
LM358	0,6	0,7	Anwendungen mit geringer Leistung, Batteriegeräte
MCP602	2.3	1	Tragbare Geräte, Fotodiodenverstärker
ADA4898	1000	10	Hochgeschwindigkeitskommunikation, Radarsysteme
Opa369	0,05	0,9	Tragbare Geräte mit geringer Leistung, Sensorverstärker
OPA333	0,5	0,17	Medizinische Instrumentierung, Präzisionssensoren
OPA277	0,8	2.5	Präzisionsanaloge Verarbeitung, Testgeräte
OPA129	1.5	6.5	Pufferung mit hoher Impedanz, medizinische Instrumente
Opa350	10	5.5	Videoverstärker, Kabelfahrer
OPA211	27	3.6	Hochleistungsdatenerfassung, Audioverstärker
Opa827	25	4.5	Audiovorverstärker, ADC -Puffer, DAC -Ausgangsverstärker
Opa835	560	3.9	Breitbandverstärker, Hochgeschwindigkeitssignalverarbeitung
Opa847	6000	20	RF/if Gain-Blöcke, Hochgeschwindigkeitskommunikation

Abschluss

Die Slid -Rate ist ein Merkmal von operativen Verstärkern, die sich darauf auswirken, wie gut sie mit schnellen Signalen umgehen und die Signalklarheit aufrechterhalten.In dem Artikel werden verschiedene Faktoren erörtert, die die SLEW -Rate beeinflussen, wie z. B. interne Kompensation, Ausgangsbühnendesign und Gewinnbandbreitenbeschränkungen.Es enthält eine Formel zur Berechnung der erforderlichen SLEW -Rate und untersucht die Beziehung zwischen der TWILL -Rate und der Bandbreite.Der Artikel vergleicht auch Verstärker basierend auf ihren SLEW -Raten und bietet praktische Ratschläge für die Verstärkerfunktionen mit spezifischen Anforderungen und verhindert Probleme wie die Verzerrung von Slew -Raten.Insgesamt hilft diese detaillierte Erklärung beim besseren Verständnis von Op-Amps und der Verbesserung der elektronischen Systeme.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Was passiert, wenn die Schlupfrate hoch ist?

Wenn ein operativer Verstärker (OP -Verstärker) eine hohe T -T -Rate aufweist, kann er schnell auf Änderungen ihres Eingangssignals reagieren, sodass die Ausgangsspannung schnell eingestellt werden kann.Diese Fähigkeit ist gut für Anwendungen, die eine schnelle Signalverarbeitung erfordern, z. B. Video- oder HF -Kommunikation.Eine sehr hohe T -Rate kann jedoch auch Herausforderungen darstellen.Es kann Schwingungen oder Instabilität in der Schaltung in Rückkopplungssystemen verursachen.Außerdem können schnellere Übergänge mehr Hochfrequenzgeräusche in die Schaltung einführen, möglicherweise von Stromversorgungsleitungen oder in der Nähe digitalen Hochgeschwindigkeitssignalen.

2. Wie kontrollieren Sie die Schlupfrate?

Durch die Steuerung der SWEW -Rate in einem Operationsverstärker (OP -AMP) wird die interne Konfiguration des OP -Verstärkers angepasst oder das Schaltungskonstruktion geändert.Eine Methode besteht darin, einen OP -Verstärker mit einer inhärenten Slw -Rate auszuwählen, die den Anforderungen Ihrer Anwendung entspricht und es Ihnen ermöglicht, Probleme im Zusammenhang mit übermäßiger oder unzureichender Geschwindigkeit zu verhindern.Eine andere Methode besteht darin, das Feedback-Netzwerk zu ändern, indem Widerstands- oder Kondensatorwerte geändert werden, die sich auswirken können, wie schnell der OP-Verstärker auf Eingabeänderungen reagiert und eine praktische Möglichkeit zur Feinabstimmung ohne Ersetzen des OP-Verstärkers bietet.Externe Kompensationstechniken, wie das Hinzufügen von Bypasskondensatoren oder Snubber -Schaltkreise, können dazu beitragen, die Stimmrate zu verwalten, indem die Stabilität verbessert und unerwünschte Oszillationen reduziert werden.

3. Ist eine Steigerung einer Rampenrate?

Ja, die Schwankungsrate wird oft als Art von Rampenrate angesehen.Es beschreibt die maximale Geschwindigkeit, mit der sich der Ausgang eines OP -Verstärkers ändern kann, und wird in Volt pro Mikrosekunde (v/µs) ausgedrückt.Diese Geschwindigkeit ähnelt einer Rampe, da sie begrenzt, wie steil die Ausgangsspannung steigen oder fallen kann, ähnlich wie ein Rampe den Aufstiegs- oder Abstiegswinkel steuert.

4. Was ist der Unterschied zwischen der Schweinestrate und der Anstiegszeit?

Die Slw -Rate und die Anstiegszeit sind verwandte, aber unterschiedliche Parameter bei der Signalverarbeitung.Die Slw -Rate misst, wie schnell sich der Ausgang eines operativen Verstärkers ändern kann, was die maximale Änderungsrate unabhängig von der Signalfrequenz anzeigt.Im Gegensatz dazu bezieht sich die Anstiegszeit auf die Zeit, die ein Signal für den Übergang von einem bestimmten niedrigen Wert (10%) zu einem hohen Wert (90%) seiner maximalen Amplitude benötigt und von der Frequenz des Signals und dem System des Systems abhängt.Bandbreite.Während die SWEW -Geschwindigkeit eine Randbedingung für die maximale Fähigkeit der Ausgabe festlegt, ist die Anstiegszeit ein beobachtbares Merkmal dafür, wie sich ein Signal innerhalb dieser Grenzen verhält.

5. Wie ist die Beziehung zwischen der Slew -Rate und CMRR?

SWEW Rate und Common-Mode Rejection Ratio (CMRR) sind zwei verschiedene Aspekte der Leistung eines operativen Verstärkers (OP AMP).Die Slew -Rate befasst sich mit der schneller Reaktion des OP -Verstärkers auf Änderungen des Eingangssignals, während CMRR misst, wie gut der OP -Verstärker Rauschen oder Interferenzen ablehnen kann, die beide Eingänge gleichmäßig beeinflussen.Obwohl diese beiden Faktoren nichts miteinander zu tun haben, können sie sich in bestimmten Situationen gegenseitig beeinflussen.In Hochgeschwindigkeitsschaltungen, in denen der OP-Verstärker schnell reagieren muss, kann beispielsweise eine hohe Tiegeschwindigkeit Ungleichgewichte in den internen Schaltungen verursachen, die die CMRR verringern und Fehler oder Verzerrungen verursachen.