OP AMP Tasa de matriz: Trabajo y sus aplicaciones

La velocidad de juego de un amplificador operativo (amplificador OP) es la rapidez con que el voltaje de salida puede cambiar en respuesta a una señal de entrada de cambio rápido.Es importante porque permite que el amplificador OP maneje señales rápidas sin distorsión, manteniendo las señales claras y precisas en varias aplicaciones electrónicas.Esta velocidad, medida en voltios por microsegundo (V/µs), donde hay señales de alta frecuencia o cambios rápidos en la entrada.

Este artículo analiza detalladamente cómo las diferentes opciones de diseño en los amplificadores, como la compensación de frecuencia, la configuración de la etapa de salida y la capacitancia interna, afectan cómo funcionan los amplificadores operacionales.También habla sobre el equilibrio entre la velocidad de juego y el ancho de banda, y compara diferentes amplificadores para ayudar a elegir el correcto para usos específicos.

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Figura 1: Circuito de medición de velocidad

Factores que influyen en la tasa de matriz en los amplificadores operativos

Varios elementos afectan esta tasa, influyendo en el rendimiento general del amplificador operacional.

Compensación de frecuencia es importante mantener un establo de operación operacional en diversas condiciones.Implica el uso de piezas internas como condensadores de compensación y bucles de retroalimentación para evitar problemas como las oscilaciones a altas frecuencias.Sin embargo, estas partes también ralentizan la rapidez con que el amplificador operacional puede responder a cambios rápidos en la señal de entrada, lo que limita la velocidad de juego.Entonces, si bien ayudan con la estabilidad, también reducen la velocidad del amplificador operacional para reaccionar a cambios repentinos.

Figura 2: Compensación de frecuencia de OP-amplificador

El diseño de la etapa de salida En un amplificador operacional hay otro factor principal que afecta la velocidad de juego.Esta etapa incluye componentes como transistores de salida y circuitos que proporcionan la necesidad actual de impulsar la carga.El tamaño y el diseño de estas piezas determinan cuánta corriente se puede suministrar para cargar o descargar cualquier condensador conectado que afecte directamente la velocidad de juego.Por ejemplo, los transistores más grandes pueden proporcionar más corriente, lo que permite que el voltaje de salida cambie más rápidamente.Del mismo modo, los circuitos que aumentan la corriente pueden ayudar al amplificador operacional a responder más rápido a los cambios repentinos de entrada, mejorando la velocidad de juego.

Figura 3: Diseño de la etapa de salida del amplificador operacional

Dentro de un amplificador operacional, diferentes condensadores almacenan y liberan carga a medida que funciona el dispositivo. La cantidad total de capacitancia interna En redes de retroalimentación y compensación, influye en la tasa de seco.Esta capacitancia controla la rapidez con que el amplificador OP puede cargar y descargar, afectando la forma en que la salida puede seguir los cambios de entrada. El producto de ancho de banda de ganancia (GBP) de un amplificador operacional establece un límite en la rapidez con que la salida puede seguir la señal de entrada mientras sigue siendo precisa.Un GBP más alto significa que el amplificador operacional puede manejar frecuencias más altas sin perder precisión, lo que lleva a una mejor velocidad de juego.

Figura 4: Ancho de banda de ganancia de operaciones operacionales

Distorsión de la velocidad de juego en amplificadores operativos

Figura 5: tasa de matriz

Cuando se excede la velocidad de juego de un amplificador operacional, la distorsión en la señal de salida se hace evidente, particularmente con ondas sinusoidales.Una onda sinusoidal se eleva suavemente, y el cambio más rápido ocurre en el punto de cruce cero.Si la frecuencia o la fuerza de la onda sinusoidal es demasiado alta para el amplificador operacional, la salida no se verá como la onda sinusoidal suave que entró. En cambio, la salida se convierte en una forma triangular porque el amplificador OP no puede cambiar suSalir lo suficientemente rápido como para mantenerse al día con la entrada.

Esta salida triangular es un signo claro de lo que se conoce como distorsión de la velocidad de juego.Este tipo de distorsión es un problema porque no solo cambia la forma de la forma de onda, sino que también introduce frecuencias no deseadas que pueden estropear otras partes del circuito.Esta situación muestra claramente cómo un amplificador operacional puede luchar con cambios rápidos en la señal de entrada.

Para prevenir la distorsión de la velocidad de juego, es importante elegir un amplificador operacional con una velocidad de juego que sea más alta que el cambio de voltaje más rápido que espera en su aplicación.Piense tanto en la fuerza como en la velocidad de la señal para descubrir la velocidad de reposo correcta.De esta manera, el amplificador operacional puede manejar cambios rápidos sin estropear la salida.

Figura 6: distorsión de la velocidad de juego

Calculando la tasa de matriz requerida

La fórmula utilizada para calcular la tasa de trevas requerida es:

En esta fórmula:

• es la frecuencia más alta de la señal que desea amplificar (medida en Hertz, Hz).

• es el voltaje máximo de esa señal (medido en voltios, v).

Supongamos que desea amplificar una señal que tiene un voltaje máximo de 5V y una frecuencia de 25 kHz.Calcularía la velocidad de juego de la siguiente manera:

Cuando multiplica estos valores, obtienes:

Finalmente, compare la tasa de treinta calculada con las especificaciones del amplificador operacional que planea usar.La velocidad de juego de OP-AMP debe ser al menos tan alta como el valor calculado para garantizar un funcionamiento sin distorsión.

Figura 7: Fórmula de velocidad de juego

Aquí hay otro ejemplo.Imagine que necesita conducir una señal sinusoidal con las siguientes características:

• Voltaje de pico a pico: 5V

• Frecuencia máxima: 1 MHz (1 millón de ciclos por segundo)

Nuestro objetivo es calcular la velocidad mínima de Slew requerida para que un amplificador OP maneje esta señal sin distorsión.

Para descomponer los valores para una señal de pico a pico de 5V, primero calculamos el voltaje máximo.El voltaje máximo es la mitad del voltaje de pico a pico.Para una señal con un valor de pico a pico de 5V, el voltaje máximo () sería 2.5V, calculado por la fórmula:

Además, la frecuencia máxima () se proporciona como 1 MHz.

La velocidad de juego (SR) es una medida de la rapidez con que puede cambiar la salida de un amplificador OP.Para evitar la distorsión, la velocidad de juego debe ser lo suficientemente rápida como para mantenerse al día con la señal.La fórmula para calcular la velocidad de treinta es:

Insertemos los valores en la fórmula:

Esto simplifica para:

Por lo tanto, para garantizar que su amplificador operacional pueda manejar la señal de pico a pico de 5V a una frecuencia de 1 MHz sin distorsión, debe tener una velocidad de juego de al menos 15.7 V/μs.

Tasa de matriz frente a ancho de banda

La conexión entre la velocidad de juego y el ancho de banda en los amplificadores operativos es necesaria para su capacidad para manejar señales de alta frecuencia.Una tasa de seco más alta permite que el voltaje de salida cambie más rápidamente y puede mejorar el ancho de banda del amplificador en algunos casos.Sin embargo, una tasa de juego rápida por sí sola no garantiza un ancho de banda amplio.El ancho de banda también está limitado por factores como la compensación interna del amplificador operacional y el diseño de sus etapas internas.Estas limitaciones destacan que si bien tanto la velocidad como el ancho de banda son importantes, no equivalen directamente entre sí, y ambos deben considerarse para un rendimiento óptimo.

Al diseñar circuitos, debe equilibrar cuidadosamente la velocidad y el ancho de banda para que coincida con los requisitos de aplicaciones específicas.Si la velocidad de juego es demasiado baja, el amplificador puede distorsionar las señales que cambian rápidamente, incluso si el ancho de banda parece suficiente en el papel.Por el contrario, un amplificador con ancho de banda limitado tendrá dificultades para amplificar con precisión las señales de alta frecuencia, independientemente de su tasa de retroceso.Esta interdependencia significa que ambos factores deben evaluarse juntos para evitar problemas con la integridad de la señal.

Seleccionar un amplificador operativo requiere considerar tanto la velocidad como el ancho de banda.El amplificador OP elegido debe ser capaz de manejar el rango dinámico completo y el espectro de frecuencia de la señal de entrada para evitar problemas como la distorsión de la señal o la pérdida.

Figura 8: ancho de banda y tasa de matriz

Tasa de matriz de diferentes amplificadores

Operacional Amplificador	Tasa de matriz (typ) (V/µs)	IQ (typ) (ma)	Típico Solicitud
LM741	0.5	2.8	Propósito general, procesamiento de audio
TL081	13	3.6	Amplificadores de audio y video, filtros activos
OPA2134	20	4	Equipo de audio profesional, amplificadores de alta fidelidad
LM324	0.5	0.8	Electrónica de consumo, amplificadores de sensores
AD823	30	2.8	Acondicionamiento de señal de alta velocidad, controladores ADC
NE5532	9	8	Preamplificadores de audio, consolas de mezcla
LT1014	0.2	0.35	Instrumentación de precisión, DMMS
LM358	0.6	0.7	Aplicaciones de baja potencia, dispositivos de batería
MCP602	2.3	1	Dispositivos portátiles, amplificadores de fotodiodos
Ada4898	1000	10	Comunicación de alta velocidad, sistemas de radar
OPA369	0.05	0.9	Dispositivos portátiles de baja potencia, amplificadores de sensores
OPA333	0.5	0.17	Instrumentación médica, sensores de precisión
OPA277	0.8	2.5	Procesamiento analógico de precisión, equipo de prueba
OPA129	1.5	6.5	Buffering de alta impedancia, instrumentos médicos
OPA350	10	5.5	Amplificadores de video, controladores de cable
OPA211	27	3.6	Adquisición de datos de alto rendimiento, amplificadores de audio
OPA827	25	4.5	Preamplificadores de audio, amortiguadores ADC, amplificadores de salida DAC
OPA835	560	3.9	Amplificadores de banda ancha, procesamiento de señal de alta velocidad
OPA847	6000	20	RF/if ganancia bloques, comunicaciones de alta velocidad

Conclusión

La tasa de seco es una característica de los amplificadores operativos que afecta qué tan bien manejan señales rápidas y mantienen la claridad de la señal.El artículo discute varios factores que influyen en la tasa de seco, como la compensación interna, el diseño de la etapa de salida y las limitaciones de ganancias de ancho de banda.Incluye una fórmula para calcular la velocidad de juego requerida y explora la relación entre la tasa de retiro y el ancho de banda.El artículo también compara amplificadores según sus tarifas de juego y ofrece asesoramiento práctico para coincidir las capacidades de amplificador con necesidades específicas, evitando problemas como la distorsión de la tarifa de SLEW.En general, esta explicación detallada ayuda a comprender mejor los amplificadores operacionales y mejorar los sistemas electrónicos.

Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]

1. ¿Qué sucede si la tasa de seco es alta?

Cuando un amplificador operativo (amplificador OP) tiene una velocidad de juego alta, puede responder rápidamente a los cambios en su señal de entrada, lo que permite que el voltaje de salida se ajuste rápidamente.Esta capacidad es buena para aplicaciones que requieren un procesamiento de señal rápido, como las comunicaciones de video o RF.Sin embargo, una tasa de matriz muy alta también puede presentar desafíos.Puede causar oscilaciones o inestabilidad en el circuito en los sistemas de retroalimentación.Además, las transiciones más rápidas pueden introducir más ruido de alta frecuencia en el circuito, potencialmente a partir de líneas de fuente de alimentación o señales digitales de alta velocidad cercanas.

2. ¿Cómo se controlan la velocidad de juego?

El control de la velocidad de juego en un amplificador operativo (amplificador OP) implica ajustar la configuración interna del amplificador OP o modificar el diseño del circuito.Un método es seleccionar un amplificador operacional con una tasa de treinta inherente que coincida con las necesidades de su aplicación, lo que le permite prevenir problemas relacionados con la velocidad excesiva o insuficiente.Otro método es alterar la red de retroalimentación cambiando los valores de resistencia o condensador que pueden afectar la rapidez con que el amplificador OP responde a los cambios de entrada, proporcionando una forma práctica de ajustar el rendimiento sin reemplazar el amplificador OP.Las técnicas de compensación externa, como agregar condensadores de derivación o circuitos de desaire, pueden ayudar a manejar la velocidad de seco mejorando la estabilidad y reduciendo las oscilaciones no deseadas.

3. ¿La tasa de matriz es una tasa de rampa?

Sí, la velocidad de juego a menudo se considera un tipo de velocidad de rampa.Describe la velocidad máxima a la que la salida de un amplificador OP puede cambiar y expresarse en voltios por microsegundo (V/µs).Esta velocidad es similar a una rampa en el sentido de que limita cómo el voltaje de salida puede aumentar o caer, al igual que una rampa controla el ángulo de ascenso o descenso.

4. ¿Cuál es la diferencia entre la velocidad de juego y el tiempo de aumento?

La velocidad de juego y el tiempo de elevación están relacionados, pero los parámetros distintos en el procesamiento de señales.La velocidad de seco mide la rapidez con que puede cambiar la salida de un amplificador operativo, lo que indica la velocidad máxima de cambio independiente de la frecuencia de la señal.Por el contrario, el tiempo de aumento se refiere al tiempo que toma una señal para la transición de un valor bajo especificado (10%) a un valor alto (90%) de su amplitud máxima, y ​​depende de la frecuencia de la señal y el sistema en general del sistemaancho de banda.Mientras que la velocidad de seco establece una condición límite para la capacidad máxima de la salida, el tiempo de aumento es una característica observable de cómo se comporta una señal dentro de esos límites.

5. ¿Cuál es la relación entre la velocidad de juego y la CMRR?

La tasa de seco y la relación de rechazo de modo común (CMRR) son dos aspectos diferentes del rendimiento del amplificador operativo (AMP OP).La tasa de matriz trata sobre la rapidez con que el amplificador OP puede responder a los cambios en la señal de entrada, mientras que CMRR mide qué tan bien el amplificador OP puede rechazar el ruido o la interferencia que afecta ambas entradas por igual.Aunque estos dos factores no están relacionados, pueden influir entre sí en ciertas situaciones.Por ejemplo, en los circuitos de alta velocidad donde el amplificador operacional tiene que responder rápidamente, una alta tasa de seco podría crear desequilibrios en los circuitos internos, lo que podría reducir el CMRR y causar errores o distorsiones.