Transkonduktanz-Operationsverstärker verstehen

Der wichtigste Punkt ist, dass die Eingangsdioden und$I_{bias}$Pin können Sie den Verstärker mit einem Stromeingangssignal im offenen Regelkreis betreiben. Wenn Sie einen Differenzspannungseingang mit niedrigem Pegel anlegen oder den Verstärker im geschlossenen Regelkreis betreiben, können Sie die Dioden und den Bias-Pin zusammen ignorieren.

Ein Operational Transconductance Amplifier (OTA) ist oft nur ein differenzielles Eingangspaar gefolgt von einem Stromspiegel. Ein Zweig des Diff-Paares wird auf die High-Side-Versorgung gespiegelt. Der alternative Zweig des Diff-Paares wird auf die Low-Side-Versorgung gespiegelt. Beide Stromspiegel sind mit dem Ausgangspin des Verstärkers verbunden.

Wenn also die differentielle Eingangsspannung 0 V beträgt, hat jeder Zweig des differentiellen Paares den gleichen Kollektorstrom (gleich$V_{be}$für$V_{diff}$= 0). Daher liefert und senkt der Ausgang gleiche Stromwerte, was zu einem Nettoausgangsstrom von 0 A führt.

Die Eingangsdioden sind nicht nur gewöhnliche Dioden, sie sind geometrisch, thermisch und verfahrenstechnisch an die Eingangs-Differenzpaartransistoren angepasst (auch eine gute Chance, dass sie tatsächlich als Diode geschaltete Transistoren sind). Dergestalt, dass der durch jede der Dioden folgende Strom ein skalierter Wert des Stroms seines jeweiligen Elements in dem Diff-Paar ist. Auf diese Weise können Sie ein aktuelles Eingangssignal anlegen und den OTA dennoch im offenen Regelkreis betreiben.

Wenn Sie die Ableitung für ein Stromeingangssignal (oder Spannungssignal mit hohem Quellenwiderstand) durchlaufen, wird die Verstärkung des Eingangssignals zum Ausgangsstrom zu einer einfachen linearen Funktion von$I_{abc}$Und$I_{bias}$.

Vollständige Ableitungen finden Sie in vielen der App-Hinweise, wie z. B. dem von tek aufgelisteten, http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm13700.pdf

Ihre Fragen können durch sorgfältiges Lesen der Grafiken auf dem Datenblatt beantwortet werden: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm13700.pdf

Ibias kann dazu beitragen, die Nichtlinearität zu verringern, die auftritt, wenn v+ und v- zu groß sind. Siehe Abbildung 13.

Für v+ und v- sehr klein, iout = gm * (v+ - v-). Auf dem Datenblatt befindet sich ein Diagramm von gm vs. iabc. Es ist linear in einem Log-Log-Plot.

Wie funktioniert ein OTA intern? (Dies sollte jedoch vielleicht am besten einer separaten Frage überlassen werden.)

Wie ein Operationsverstärker ohne Ausgangsstufe. Der Ruhestrom iabc steuert den Ruhestrom für den gesamten Verstärker, ähnlich wie beim LM346. Wenn Sie den Ausgangspuffer mit nichts dazwischen an den Ausgang anschließen, erhalten Sie einen unkompensierten Operationsverstärker.

Der Operational Transconductance Amplifier (OTA) kann als zweistufiger Verstärker beschrieben werden: Eine Differenzverstärkerstufe (die einen Differenzeingang bereitstellt) gefolgt von einer hochohmigen Ausgangsstufe (die den Ausgangsstrom proportional zur Eingangsdifferenzspannung liefert).

Daher ist die Übertragungsfunktion einfach Iout=gm*Vdiff mit Transkonduktanz gm=f(Iabc) . Der Strom Iabc ( ein Verstärker -Bias - Strom ) ist die Größe, die direkt die "Open-Loop-Verstärkung" gm steuert. Es ist einfach der Strom im gemeinsamen Bein des Diffs. Eingangsstufe.

Es gibt viele Anwendungen für OTA-Geräte, beispielsweise in Filter- und Oszillatorschaltungen. In den meisten Fällen werden OTA`s auch mit Gegenkopplung betrieben. Da - im Gegensatz zu Spannungsopamps - die "Open-Loop"-Funktion endlich ist, taucht der Wert von gm in den Formeln für die Closed-Loop-Verstärkung auf - somit kann die Transkonduktanz (bzw. der Steuerstrom Iabc) zur Steuerung verwendet werden /Stellen Sie die Verstärkung oder andere Filter-/Oszillatorparameter ein.

Einfaches Beispiel: Ein idealisierter OTA (unendlicher Ausgangswiderstand) mit einem Kondensator am Ausgang als Last ergibt eine einfache Integratorschaltung (oft das Herzstück eines Oszillators).

Es gibt noch eine weitere wichtige Anwendung: Ein OTA mit 100% Rückkopplung (direkte Verbindung zwischen Ausgang und inv. Eingang) kann als geerdeter Widerstand R=1/gm verwendet werden , der extern mit Iabc gesteuert werden kann.

Einen sehr guten Einführungstext (Bewerbungen) finden Sie hier:

https://www.ece.uic.edu/~vahe/spring2016/ece412/OTA-structures2.pdf