Hoy me encontré con un problema con la velocidad de giro del amplificador operacional cuando jugaba con un diseño en el que un amplificador operacional pasa mucho tiempo en saturación, solo para "bajar" y regular la salida de vez en cuando.
(Estoy simulando esto usando LTspice, y los amplificadores operacionales se eligen de forma arbitraria, pero no debería afectar la pregunta).
Fondo
Quería aumentar la velocidad de giro para minimizar el tiempo que pasó al salir de la saturación e ingresar al modo activo, pero cuando reemplacé el LT1013 más lento con un modelo de TL074 , la velocidad de respuesta de mi señal no aumentó sustancialmente. Incluso cuando las entradas positivas y negativas del TL074 estaban claramente separadas al menos 50 mV, no alcanzó la velocidad máxima. Esto es mucho más que la diferencia máxima de voltaje de entrada. También verifiqué que no estaba limitado por la corriente de salida, pero no había nada.
¿Solución?
Después de mucho rascarme la cabeza, me doy cuenta de que esto se debe a que las entradas no están lo suficientemente alejadas . Nunca antes había visto este efecto, o al menos no lo había pensado demasiado, asumí que mientras las entradas sean razonablemente diferentes, el amplificador operacional hará todo lo posible por cambiar la salida.
También recuerdo haber leído algo sobre esto en The Art of Electronics , y cuando lo busqué, esto es bonito Mucho todo lo que tiene que decir sobre el tema:
5.8.1 Velocidad de giro: consideraciones generales
... Una segunda consecuencia se explica mejor con la ayuda de un gráfico de velocidad de respuesta en comparación con la señal de entrada diferencial (Figura 5.12). El punto a destacar aquí es que un circuito que exige una velocidad de giro sustancial debe funcionar con un error de voltaje sustancial en los terminales de entrada del amplificador operacional.
Figura 5.12. Se requiere un voltaje de entrada diferencial sustancial para producir la tasa de rotación completa del amplificador operacional, como se muestra en estos datos medidos. Para los amplificadores operacionales de entrada BJT, se requieren m60 mV para alcanzar la velocidad de giro completa; para JFET y MOSFET es más como un voltio.
Bingo. TL074 es un amplificador operacional de entrada JFET. Ajusté mis circuitos para obtener un voltaje diferencial más alto, y eso resolvió el problema inmediato. Una simulación separada me dio resultados similares a esta figura, mostrando que los modelos en LTspice son al menos razonablemente fieles a la realidad.
Sin embargo, el aumento de la tensión diferencial causa otros problemas, que me gustaría evitar.
Pregunta
... o varias preguntas relacionadas. No necesariamente estoy buscando respuestas para cada uno de ellos, sino quizás una explicación más general.
- ¿Este efecto depende de algo más que la etapa de entrada JFET / BJT?
- ¿Hay etapas de entrada en las que un voltaje de entrada diferencial incluso más bajo conduce a la velocidad de giro máxima? ¿Quizás algún tipo de híbrido?
- Incluso si solo hay dos tipos, ¿los diferentes amplificadores operacionales del mismo tipo (por ejemplo, BJT) tienen niveles diferentes?
- ... si es así, ¿es posible averiguar esto a partir de la hoja de datos?
No pude encontrar nada sobre esto en la hoja de datos de TL074, pero eso es, por supuesto, solo una muestra.
Algo relacionado, ¿hay una solución común o es en este caso donde empezaré a buscar comparadores? Podría ir con un comparador de tipo en el diseño final, pero todavía encuentro este problema interesante.
Sin embargo, al utilizar un punto de giro de salida máximo de 50% Vpp para determinar la resistencia de salida equivalente, obtenemos 220 ohmios capaces de un swing de + / 7V adaptado a las pérdidas internas. 