Frequenz und Bandbreite des Operationsverstärkers

Den Operationsverstärkern wird eine Frequenzkompensation hinzugefügt, um sie „unity gain stable“ zu machen.

Langsame (Mikroleistungs-) kompensierte Verstärker haben möglicherweise eine GBW von 50 kHz. Schnelle kompensierte sind mit GBW > 1 GHz verfügbar. Die Tatsache, dass es kompensiert wird, bezieht sich also nicht direkt auf die Wahl der Geschwindigkeit.

Da so viele Menschen Opamps als Spannungsfolger oder in anderen Schaltungen mit niedriger oder einheitlicher Verstärkung (Integratoren, Spitzenwertdetektoren) verwenden, tun uns die Hersteller den Dienst, die meisten Opamps in stabiler Form zur Verfügung zu stellen, wenn Sie den Ausgang einfach wieder an den anschließen -ve-Eingabe, sodass sie ohne Stabilitätsberechnungen einfach zu verwenden sind. In dieser Form sind so viele Operationsverstärker verfügbar und viele Typen sind nur in dieser Form verfügbar, dass nur wenige Benutzer erkennen, dass dies eine Option ist.

Die „bombensichere“ Frequenzkompensation, die Operationsverstärkern hinzugefügt wird, wird als „Dominant Pole Compensation“ bezeichnet, eine (um Herr der Ringe falsch zu zitieren) Zeitkonstante, um sie alle zu beherrschen. Dies gibt ihnen eine Verstärkung, die bei 6 dB pro Oktave abfällt, und somit eine 90-Grad-Phasenverschiebung bis hinunter zu einer Verstärkung unter Eins, bevor andere Pole zu beißen beginnen und die Phasenverschiebung erhöhen. So ziemlich nichts, was der Benutzer versehentlich tun kann, wenn er einen Verstärker herstellt, wird ihn zum Schwingen bringen (Sie können immer noch absichtlich einen Oszillator bauen, wenn Sie möchten).

Dies gibt einem kompensierten Verstärker ein wohldefiniertes Produkt aus GBW und Bandbreite. Wenn die Verstärkung bei 10 MHz die Einheit überschreitet, können Sie bei 1 MHz eine Verstärkung von 10, bei 100 kHz eine Verstärkung von 100 usw. erhalten.

Wenn er nach einem „natürlichen“ Design gebaut ist, wird jeder gegebene mehrstufige High-Gain-Verstärker tendenziell eine Verstärkung haben, die schneller als 6 dB pro Oktave abfällt, bevor wir die Einheitsverstärkung überschreiten. Da den verschiedenen Geräten darin bei hoher Frequenz „die Puste ausgeht“, steuert jedes seinen eigenen Pol bei, und die Phasenverschiebung von den mehreren Polen wird über 180 Grad ansteigen, während immer noch eine signifikante Verstärkung vorhanden ist. Dieser Verstärker ist nicht verstärkungsstabil und oszilliert, wenn er als Follower angeschlossen ist.

Das Kompensieren eines Verstärkers mit einem einzigen dominanten Pol schränkt die Verstärkung und damit die Geschwindigkeit jedes gegebenen Verstärkers ein. Einige Verstärker sind unkompensiert erhältlich, für Benutzer, die die Stabilitätsbeschränkungen verstehen und mit ihnen arbeiten können. Im Allgemeinen ist eine Verstärkung höher als Eins erforderlich, um einen solchen Verstärker zu verwenden.

Bei zwei Verstärkern in unterschiedlichen Technologien, einem schnellen Einheitsverstärkungsstabilen und einem langsameren unkompensierten, kann der letztere eine Verstärkung von 10 Verstärkern in der gleichen Bandbreite mit weniger Leistung als der erstere erreichen.

Bei zwei Verstärkern in derselben Technologie mit unterschiedlichen Kompensationsgraden hat der unkompensierte eine höhere Anstiegsgeschwindigkeit und mehr Verstärkung bei hohen Frequenzen.

Schauen Sie sich diese Familie von Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärkern an, die bis auf ihre interne Kompensation für unterschiedliche Mindestverstärkungen identisch sind.

Das heißt, Hochfrequenz ist nicht gut, richtig

Ja. Aber Hochfrequenz ist sowieso relativ.

Aber ich habe gesehen, dass einige Hersteller ihren Operationsverstärker als "11 mHZ" bewerben.

Dies bedeutet ein 11-MHz-Verstärkungsbandbreitenprodukt. Das bedeutet, dass Sie bei 11 MHz eine Verstärkung von 1 (auch bekannt als: NULL dB) haben, was der Punkt ist, an dem der OpAmp völlig wertlos ist. Wenn Sie eine Verstärkung von ~100x oder mehr wünschen, müssen Sie diesen OpAmp bei 110 kHz und darunter verwenden.

In der Praxis ist ein 11-MHz-GBP-OpAmp (wie der von Ihnen verlinkte OPA2140) also nur unter etwa 110 kHz nützlich. Im Gegensatz dazu können echte Hochfrequenzdesigns rohe BJTs und rohe JFETs für GBP im GHz-Bereich verwenden.

Die meisten Operationsverstärker-Chips haben eine Frequenzkompensation hinzugefügt. Es wird eingeführt, um sicherzustellen, dass sie stabil bleiben und keine unerwünschten hochfrequenten Nebenschwingungen erzeugen.

Das ist eine andere Tatsache. Manche OpAmps haben KEINE Frequenzkompensation und erreichen daher immer höhere GBP-Werte. Infolgedessen sind sie jedoch in einfachen Konfigurationen normalerweise NICHT stabil (dh: das einfache nicht invertierende Verstärkerdesign).

Die meisten OpAmps, die Anfängern empfohlen werden, sind frequenzkompensiert, so dass sie unter verschiedenen Umständen sehr stabil sind ... aber ihr GBP leidet darunter. Jede Designentscheidung hat einen Kompromiss.