Si existe una cascada de amplificadores operacionales, ¿la velocidad de giro del amplificador operacional anterior afecta a las tasas de giro del amplificador operacional posterior?

Inspirado por las muchas consideraciones correctas de Tony Stewart, daré mi contribución y responderé en el mismo orden a sus preguntas.

  

¿Esta disminución en la velocidad de giro se debe al hecho de que la señal se envió a través de dos amplificadores operacionales, cada uno con su propio efecto de giro?

• Sí : las etapas de amplificación en cascada reducen la velocidad general de su respuesta. Por lo tanto, si, para un paso de señal de entrada dado, obtiene la misma salida utilizando un amplificador de dos etapas en lugar de una etapa única, ralentiza la señal de salida aumentando su tiempo de subida \ $ t_ {r_o} \ $, y por lo tanto la velocidad de giro de la salida, definida como $$ \ mathrm {SR} = \ max \ left (\ left | \ frac {dv_ \ mathrm {out} (t)} {dt} \ right | \ right) $$

  Eche un vistazo a la entrada de Wikipedia sobre el tiempo de subida , precisamente la sección en bloques en cascada , para obtener más información.

  

¿Se combinan de alguna manera las tasas de movimiento?

• Sí , se combinan precisamente a través de los respectivos tiempos de aumento de salida \ $ t_ {R_1} \ $ y \ $ t_ {R_2} \ $ de sus etapas (en el amplificador de dos etapas analizado actualmente) . En términos generales, al utilizar la expresión para el tiempo de subida de la salida de las etapas en cascada que se encuentra en la referencia dada anteriormente, obtenemos $$ \ mathrm {SR} _1 \ approx \ frac {V_ {o_ {pk}}} {\ sqrt {t_ {r_i} ^ 2 + t_ {r_ {o1}} ^ 2}} $$ para la sola etapa de ganancia de inversión, y $$ \ mathrm {SR} _2 \ approx \ frac {V_ {o_ {pk}}} {\ sqrt {t_ {r_i} ^ 2 + t_ {r_ {o2}} ^ 2}} $$ para la etapa de salida de inversión única, donde

  • \ $ t_ {r_i} \ $ es el tiempo de subida de la señal de entrada, y
  • \ $ V_ {o_ {pk}} \ $ es el voltaje de salida máximo de pico a pico

  Cuando las dos etapas están en cascada, obtenemos aproximadamente $$ \ mathrm {SR} \ approx \ frac {V_ {o_ {pk}}} {\ sqrt {t_ {r_i} ^ 2 + t_ {r_ {o1}} ^ 2 + t_ {r_ {o2}} ^ 2}} $$ y por lo tanto, \ $ \ mathrm {SR} < \ mathrm {SR} _1 \ $, \ $ \ mathrm {SR} < \ mathrm {SR} _2 \ $

  

¿Es la inestabilidad de ganancia unitaria el motivo de la segunda disminución de la velocidad de respuesta?

• No , siempre que esta inestabilidad no afecte el tiempo de subida de una etapa determinada de la cadena, y sospecho que esto es exactamente lo que sucede cuando cambia la ganancia de la segunda etapa al aumentar \ $ R_2 \ $ a \ $ 10 \ mathrm {k} \ Omega \ $ en lugar de bajar \ $ R_1 \ $ a \ $ 1 \ mathrm {k} \ Omega \ $ (dadas las características del LM324, quizás \ $ R_1 = R_2 = 2 \ mathrm {k} \ Omega \ $ sería la mejor opción, vea la discusión en el siguiente punto o la respuesta de Tony Stewart). No he tratado de analizar su circuito de acuerdo con la teoría estándar , pero sospecho que está aumentando. $ R_2 \ $ aumenta el tiempo de subida de la segunda etapa, lo que le brinda la sensata caída de la tasa de cambio que notó.

  

Pensé que la velocidad de desplazamiento era una propiedad intrínseca de un amplificador operacional. ¿Hay alguna variable que afecte la velocidad de respuesta que no estoy considerando?

• Sí : la tasa de variación es una propiedad intrínseca de cada amplificador operacional en el sentido de que es el mejor rendimiento que puede obtener de él . Los efectos de carga, como los explicados por Tony Stewart, los parásitos y las opciones de diseño que no tienen como objetivo obtener la mayor velocidad de respuesta pueden y le darán una tasa de cambio efectiva más baja.

  

¿Las tasas de movimiento se combinan de alguna manera?

SÍ

  

¿Es la inestabilidad de ganancia unitaria el motivo de la segunda disminución de la velocidad de respuesta?

NO

  

¿Hay alguna variable que afecte la velocidad de respuesta que no estoy considerando?

SÍ
Siga las condiciones de prueba recomendadas de la Figura 1 en la hoja de datos y luego entienda por qué.

La velocidad de desvío está limitada por la corriente a la capacitancia de Miller o la capacitancia de carga o está limitada por una resistencia de carga baja excesiva o cualquier combinación que reduzca la corriente del variador disponible para crear la tierra virtual en la entrada.

Normalmente, este antiguo amplificador operacional estilo uA741 de 1MHz, se espera que el LM348 tenga un tiempo de subida nominal de:

$$ t_R = 0.35 / f-3dB = 0.35us $$
Esto se define por la pendiente del 10% al 90% de un pulso de paso pequeño para un "pequeño señal "respuesta.

La especificación de la velocidad de giro máxima del tipo 0.5V se reducirá cuando se conecte en cascada por dispositivos iguales. Esta es una respuesta de "señal grande" y está limitada por la carga y salida limitadas actuales. La hoja de datos lo define para 2k // 100pF para lograr un gran swing de 0.5V / us.

• Si elige 50 ohmios para R1 y R2, entonces la salida impulsará R2 como carga para + / 2.5V, entonces necesita 2.5V / 50R = 50mA. que es actual limitando la OA.

• Si usara 500 ohmios y 5V, demandaría 10mA y el saldo de la corriente disponible de 15mA a 100pF puede ser el siguiente:

$$ dV / dt = Ic / C = 15mA / 100pF = 0.15V / us $$

Esta es la clave para entender cómo el límite de corriente reduce la velocidad de giro de R y los efectos de carga de C.

La forma correcta de diseñar es definir la entrada, las características de salida y las impedancias, luego elegir las mejores partes para cumplir con ese criterio, en lugar de elegir lo que esté alrededor y adivinar qué valores de R equivocan usar.

Un controlador de 50 ohmios con onda cuadrada de 5 V necesita al menos 10 veces el BW como frecuencia aplicada para tener el 9º armónico y poder generar la corriente para conducir la carga Vp / R + CdV / dt (capacidad de carga).

Sospecho que el LM348 no es una buena opción.

En el futuro, especifique la velocidad de respuesta requerida, el voltaje y la impedancia de carga. Luego considere BW, corriente de excitación, resistencia de carga y capacitancia del cable en su diseño. (por ejemplo, 100pF / m)