Verstärken eines Hochfrequenzsignals von 30 MHz oder höher mit OpAmps

Ich teste einen 34-MHz-Verstärker in einer invertierenden Konfiguration mit einer Verstärkung von 20.

Die Grenzfrequenz der Verstärkung endet fast bei 15 MHz, was sehr niedrig ist. Ich möchte, dass es bis zu 27 MHz bis 30 MHz weitergeht. (Es hört nicht auf, aber das Verstärkungsverhältnis wird sehr niedrig).

Ich habe viel nach Operationsverstärkern mit hoher Grenzfrequenz gesucht und viele gefunden, aber wenn ich mir das Datenblatt für Freqeuncy VS Outut Voltage ansehe, stoppt die Freqeuncy vor 10 MHz. Das Gain-VS-Frequenzdiagramm sieht gut aus und zeigt, dass es bis 30 MHz und mehr verstärken kann.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Hier ist ein Bild des nächsten, das ich gefunden habe, bei 26 dB (20 Volt) liegt die Frequenz meiner Meinung nach bei 30 oder 40 MHz, ist das richtig?

Links: Beim ersten wird die Spannung bei 30 MHz nicht richtig verstärkt und stoppt die Verstärkung vor fast 10 MHz, beim zweiten Link ein ähnliches Problem, aber die Verstärkung scheint in Ordnung zu sein.

Erster Link Zweiter Link

Haben Sie versucht, nach einem mit einer GBW von mindestens 680 MHz zu suchen?
Eigentlich habe ich. Ich habe nach höheren Bandbreiten gesucht, in der Hoffnung, dass der Frequenzschnitt höher sein wird, aber es ist entweder das gleiche wie auf den Bildern, die ich angehängt habe, oder das Diagramm der Spannungsverstärkung ist nicht im Datenblatt, sondern nur Verstärkungsdiagramme.
Sie wissen, dass eine Spannungsverstärkung von 20 eine Verstärkung von 26 dB ist, oder?
Ja. Ich habe der Frage ein Bild hinzugefügt, das 20 dB als den höchsten Wert zeigt, den ich gefunden habe, aber nicht zeigt, was bei 26 dB passiert
Hast du versucht, auf digikey zu suchen? Wahrscheinlich können Sie nach GBW-Produkten suchen.
Ja, das ist die Website, die ich verwende. Und ich habe ein Bild in der Frage nach dem besten hinzugefügt, das ich finden konnte, aber ich bin mir nicht sicher, ob dies den Job machen wird.
opa847 scheint der Aufgabe gewachsen zu sein.
Was ist opa847? Du meinst das Bild, das ich hinzugefügt habe? Weil ich denke, dass die Verstärkungsgröße in Ordnung ist, aber die Kondensatorwerte scheinen eine Rolle bei der Änderung der Verstärkungsgröße zu spielen.
Das Bild, das Sie hinzugefügt haben, ist die Verstärkungsänderung mit der Lastkapazität - möchten Sie tatsächlich eine hochkapazitive Last ansteuern? Nennen Sie in einer anderen Angelegenheit bitte die Operationsverstärker, die Sie sich angesehen haben, und stellen Sie Links bereit, die Ihnen ungeeignet erscheinen.
Ich habe die Links in der Frage gerade hinzugefügt @Andyaka. Und ich möchte den Operationsverstärker in einer invertierenden Konfiguration anschließen, damit er fast eine hohe Verstärkung von 20 erreichen kann. Ich denke, die Kondensatoren, auf die sie sich beziehen, müssen angeschlossen werden, damit sich die Verstärkung so verhält?
Nein - die Kondensatoren sind Lastkapazitäten (0 pF ist natürlich am besten).
Es hilft also nicht, sie zusammen mit der invertierenden Konfiguration auf +vss und -vss zu verbinden?
OPA847 ist eine Operationsverstärker-Modellnummer für einen Operationsverstärker, der aussieht, als könnte er als 34-MHz-Verstärker mit einer Spannungsverstärkung von -20 V/V fungieren. Sie hätten einfach OPA847 in Google eingeben können. Ich dachte nicht, dass es notwendig wäre, mich zu erklären. Aber hier ist ein Link. ti.com/lit/ds/symlink/opa847.pdf

Antworten (2)

Ihr erster Operationsverstärker ist der AD8041 und der größte Teil der Geschichte zeigt sich in der Open-Loop-Verstärkungsantwort: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn Sie eine Verstärkung von 26 dB (20 v/v) wünschen, können Sie keine Bandbreite von mehr als etwa 8 MHz haben - das sind die Grenzen, zu denen dieses Gerät in der Lage ist. Das bedeutet GBW: -

Verstärkung x Bandbreite ist normalerweise konstant (oder ungefähr) für einen normalen Operationsverstärker - Sie können sehen, dass die Bandbreite 0 dB (Einheitsverstärkung) bei 160 MHz beträgt. Sehen Sie sich die Verstärkung bei 16 MHz links vom roten Pfeil an – die Verstärkung beträgt 20 dB (dh eine Verstärkung von 10) UND 10 x 16 MHz = 160 MHz.

Bei 1,6 MHz beträgt die Verstärkung 40 dB usw.

Das Bild in der Frage ist für Verstärkerdesigner von einiger Bedeutung, aber es ist das Open-Loop-Gain-Diagramm, das Ihnen sagt, was das GBWP ist.

Wählen Sie einen Operationsverstärker mit Verstärkung UND Bandbreite. Der AD9631 ist meiner Meinung nach etwas schlechter als der AD8041.

Sobald Sie diese Op-Amp-Spezifikation geklärt haben, überprüfen Sie, ob die Anstiegsgeschwindigkeit des Geräts Ihnen den gewünschten pp-Ausgangspegel liefert, den Sie benötigen. Datenblätter enthalten manchmal Grafiken oder Bilder, die die Art der Amplitude zeigen, die Sie erwarten können, also lesen Sie das Datenblatt. Es ist Ihr bester Freund bei der Auswahl des "richtigen" Operationsverstärkers.

OK @Andy alias sehr, sehr geschätzt. Aber ich habe immer noch einen Zweifel an dem Bild in meiner Frage, nämlich der Größe der Spannung in dB. Bei 26 dB (20 Volt als gewünschte Verstärkung) schneidet die Frequenz nicht bei 10 MHz ab und setzt sich für mehr als 30 MHz für den 50-pF-Kondensator fort. Bedeutet das, dass es bei dieser Frequenz die Aufgabe der Verstärkung übernimmt?
Das ist die Größe der Ausgangsspannung und nicht die Verstärkung. Die Verstärkungskonfiguration wird für diesen Test wahrscheinlich Eins sein und der Eingangspegel wird daher 28 dBV betragen. Ein weiterer interessanter Punkt ist das, was ich in meiner Antwort erwähnt habe. Obwohl GBP 160 MHz beträgt, fällt die Ausgabe in Ihrem Diagramm eindeutig ernsthaft ab, bevor 160 MHz erreicht werden - dies ist wahrscheinlich der Effekt der Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit.
Ich habe möglicherweise einen Fehler gemacht, als ich meinen Standpunkt oder das, wonach ich suche, erklärt habe. Es tut mir leid, dass ich nicht sehr gut mit Datenblättern umgehen kann, aber ich möchte, dass die Ausgangsspannung um 20 verstärkt wird (20 ist das, was ich für die invertierende Konfigurationsverstärkung entwerfe), während die Frequenz bei 30 MHz nicht abschneidet. Dies ist, was ich auf dem Bild in der Frage sehe, die Größenordnung setzt sich nach 30 MHz fort. Aber ich glaube nicht, dass ich Recht habe.
Oberhalb der Frequenz, bei der die Amplitude zu sinken beginnt, tritt ein linearer Abfall der Amplitude (dB) mit logarithmischer Frequenz auf, daher das GBP-Diagramm. Oberhalb von 30 MHz tritt keine plötzliche Abschaltung auf – sie fällt bei einer Frequenz von 20 dB/Dekade ab.
Ich verstehe. Es wird also bei dieser Frequenz verstärkt. Aber was ist mit dem 50-pF-Kondensator? Es muss mit der invertierenden Konfiguration integriert werden, um diese Verstärkung zu erreichen?
Es versucht Ihnen mitzuteilen, dass an den Operationsverstärker angeschlossene Lasten (z. B. Kabel) Probleme verursachen und Sie sich darüber im Klaren sein müssen, wie sich diese kapazitiven Lasten auf den Frequenzgang des Operationsverstärkers auswirken. Es ist nie einfach, wenn Sie die Felsen hochheben!
@ user3052793 Wenn Sie Ihre Antwort haben, akzeptieren Sie sie bitte formell.

Wie "Andy aka" bereits schrieb, haben Sie versucht, die GBW-Grenze eines Operationsverstärkers zu durchbrechen, und nicht die erwartete Verstärkung erzielt. Für Ihre Anwendung benötigen Sie einen OpAmp mit einem GBW von etwa 700 MHz.

Nun, die gibt es. Sie sind nicht billig und aufgrund ihrer hohen Frequenz sehr wählerisch in Bezug auf das PCB-Layout.

Glücklicherweise gibt es eine andere Art von OpAmps, die Verstärkung und Bandbreite nicht miteinander verknüpfen. Diese werden „ Current Feedback OpAmps “ genannt. Sie haben andere Eigenschaften als die gewöhnlichen „Voltage Feedback OpAmps“. Sie können nicht alle Dinge tun, die Ihre Operationsverstärker mit Spannungsrückkopplung können, und sie haben einige strenge Einschränkungen hinsichtlich dessen, was Sie in den Rückkopplungspfad des Operationsverstärkers einspeisen können, aber für Verstärkungsaufgaben könnten sie eine alternative Wahl für Sie sein.

Ein Exemplar dieser Klasse, mit dem ich sehr gute Erfahrungen gemacht habe, ist der LT1227 OpAmp. Es hat eine Transitfrequenz von 140 MHz, unabhängig von der Verstärkung (natürlich im Rahmen des Zumutbaren). Sie können es sogar im DIP8-Paket kaufen, wenn Sie Durchgangslochteile für das Prototyping verwenden. Und sie sind verfügbar und nicht so teuer.

Ultrakurze Prime-on-Current-Feedback-OpAmps:

  • Der CFA ist sehr wählerisch, was in seinem Rückkopplungspfad passiert, zB die Komponenten, die Sie zwischen seinen Ausgang und seinen invertierenden Eingang stecken. Verschiedene Teile haben unterschiedliche Anforderungen, aber verallgemeinert erhalten Sie einen festen, relativ niedrigen Widerstand. Beim LT1227 sind das 1kOhm.

  • Sie dürfen niemals einen Kondensator in die Rückkopplungsschleife einbauen, daher sind alle Integratorschaltungen und einige Filterschaltungen nicht realisierbar.

  • Der positive und der negative Eingang haben sehr unterschiedliche Eigenschaften. Während der positive Eingangsanschluss wie bei einem guten Current Feedback OpAmp hochohmig ist, ist der negative Eingang normalerweise niederohmig. Außerdem passen die Eingänge überhaupt nicht zusammen.

In Ihrer Anwendung möchten Sie einen invertierenden Verstärker. Das ist nicht ideal für einen CFA, funktioniert aber. Da der Rückkopplungswiderstand auf 1 KOhm festgelegt ist, beträgt Ihr Eingangswiderstand 50 Ohm, sodass Sie am Ende eine Eingangsimpedanz von ungefähr 1 KOhm haben. Das ist nicht viel, könnte aber für dich funktionieren.

Wenn Sie Ihre Schaltung auf die nicht invertierende Konfiguration umstellen können, ist die Beschränkung der Eingangsimpedanz kein Problem.

TL;DR: Es lohnt sich, einen Blick auf Current Feedback OpAmps zu werfen, wenn Sie eine hohe Verstärkung mit hoher Bandbreite wünschen und nichts Besonderes außer der Verstärkung vorhaben.

Es gibt noch einen weiteren großen Vorteil von Stromrückkopplungsverstärkern: Sie haben nahezu "fantastische" Slew-Rate-Fähigkeiten.
@LvW Oh ja, das stimmt.
Verstärken eines Hochfrequenzsignals von 30 MHz oder höher mit OpAmps
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