¿Qué hace que un opamp sea de "alta velocidad"?

El opamp UA715 era y sigue siendo de alta velocidad, debido a la precisión de la solución alcanzable. ¿Por qué es posible tal asentamiento? Debido a que los diseñadores de silicio opamp implementaron (1) baja capacitancia de entrada, utilizando la cascada de la diferencia de entrada; low cin conserva la dinámica básica del bucle opamp incluso con valores de resistencia grandes; (2) amplió el rango lineal de la diferencia de entrada, utilizando la degeneración del emisor, por lo que el opamp cambia de giro de alta velocidad al ajuste de respuesta lineal necesario mientras aún existe un gran error de entrada entre Vin + y Vin-.

Como señaló Finbarr, no existe un estándar definitivo para "alta velocidad". Todo lo que puede decir es que un amplificador operacional de alta velocidad funcionará bien por encima de las frecuencias de audio (20 kHz). Suponiendo que desea una ganancia de bucle abierto de 100 en esta frecuencia, esto implica un GBW de 2 MHz o superior.

¿Entonces los dispositivos analógicos y TI usan 50 MHz? Por supuesto. Por qué no? Pero tenga en cuenta que esto no siempre ha sido así.

Estoy mirando el libro de datos de circuitos integrados analógicos PMI de 1990, Vol 10. (PMI era un jugador importante en ese momento, y fue absorbido por Analog Devices en ese año también). Mirando su OP-xx op amperios, el primero que se describe como "alta velocidad" es el OP-32, con un GBW deslumbrante de 4,5 MHz cuando se configura para alta velocidad (era programable, permitiendo un intercambio de velocidad y corriente de operación).

El siguiente en la secuencia fue el OP-37, que también se describió como "alta velocidad", con un GBW de 63 MHz y una velocidad de giro de 17 V / usec.

El OP-42 se describe como "Alta velocidad, rápido asentamiento" y tiene un GBW de 10 MHz. El tiempo de establecimiento para un paso de 10 V fue de aproximadamente 1 usec a .01%.

Eso, por supuesto, era 1990. A principios de los años 70, como ha señalado analogsystemsrf, el UA715 (GBW 65 MHz y 100 V / usec de velocidad de giro) fue producido y etiquetado como "alta velocidad". Como nota al margen, la velocidad fue muy buena, pero las características de entrada fueron, según los estándares modernos, muy malas.

Entonces, para repetir, no hay una definición absoluta de alta velocidad. Ha variado con el estado del arte. Tanto AD como TI se han basado en 50 MHz GBW, probablemente por razones históricas a medida que su tecnología de semiconductores maduró. Otra razón probable es que un GBW de 50 MHz es una cifra objetivo muy razonable para tratar con señales de video analógicas en los días de NTSC y PAL, donde la norma eran anchos de banda de bucle cerrado de unos pocos MHz, pero una buena cantidad de ganancia en exceso era necesario para mantener los cambios de fase en un mínimo aceptable.

Es habitual suponer que un OPAMP es uno de alta velocidad si su producto de ancho de banda de ganancia satisface la siguiente desigualdad $$ \ mathrm {GBW} = A_v \ cdot \ mathrm {BW} \ ge 50 \ mathrm {MHz} \ label {*} \ tag {*} $$ (vea, por ejemplo, aquí , aquí y aquí ). Esto se debe posiblemente al hecho de que con tales dispositivos, puede construir un amplificador de video ( \ $ \ mathrm {BW} \ simeq (3 \ div 5) \ mathrm {MHz} \ $ ) con una ganancia de voltaje decente ( \ $ A_v \ simeq 20 \ mathrm {dB} \ $ ) y respuesta de fase (casi lineal, en orden para evitar la distorsión de fase). Sin embargo, como lo señaló Peter Smith en su comentario a la pregunta, no existe un acuerdo universal, y este requisito es más una forma de establecer un límite. El OP27 citado en la pregunta tiene un \ $ \ mathrm {GBV} < 10 \ mathrm {MHz} \ $ por lo que, para ser precisos, no encajaría la categoría "OPAMP de alta velocidad" según la definición de su productor: sin embargo, recordando que en la misma familia TI / Burr-Brown produjo una versión sin compensación, la OP37 (no más producida por TI), con \ $ \ mathrm {GBV} \ simeq63 \ mathrm {MHz} \ $ , podemos entender la razón bajo esta clasificación: identifica la capacidad de un diseño dado , posiblemente no Compartido por todas sus instancias.
En cuanto a los parámetros que identifican un OPAMP como "Alta velocidad", los tres siguientes generalmente se reconocen como apropiados

• GBV : el requisito expresado por \ eqref {*} caracteriza la capacidad del dispositivo para amplificar señales con un ancho de banda mayor que \ $ 1 \ mathrm {MHz} \ $ .
• Tiempo de establecimiento \ $ t_s \ $ : para entender este parámetro, recuerde que un OPAMP con retroalimentación negativa y una carga RC paralela se comporta como un segundo Sistema de pedidos (prácticamente una red RCL). El tiempo de establecimiento es el momento en que la respuesta de salida a un paso de voltaje de entrada alcanza su valor asintótico generalmente dentro de una tolerancia dada, que va desde \ $ 0.1 \% \ $ y \ $ 0.01 \% \ $ , por lo tanto, mientras más bajo sea \ $ t_s \ $ , más rápido será el OPAMP. Sin embargo, debe tener cuidado de comparar los tiempos de ajuste especificados con la misma tolerancia : por ejemplo, un \ $ t_s = 2 \ mu \ mathrm {s} \ $ para \ $ 0.01 \% \ $ es probablemente más bajo que a \ $ t_s = 1 \ mu \ mathrm {s} \ $ para \ $ 0.1 \% \ $ ya que en el primer caso alcanzamos el \ $ 0.1 \% \ $ probablemente antes.
• Tasa de rotación \ $ {\ mathrm {d} V} / {\ mathrm {d} t} \ $ : este parámetro expresa la capacidad de un OPAMP para reproducir grandes señales rápidas sin distorsión, pero también su capacidad para impulsar cargas capacitivas. Las capacidades hunden una corriente que es proporcional a la velocidad de variación de la tensión en sus pines, por lo que una capacidad de alta velocidad de giro implica una etapa de salida capaz de sumir / extraer corrientes poco comunes. Por lo tanto, los OPAMPS de alta velocidad tienen una alta velocidad de giro y una capacidad de salida de corriente correspondientemente alta.