1. Kann mir jemand die Unterbrechungsfrequenz eines Operationsverstärkers erklären und kann ein Operationsverstärker zwei oder mehr Unterbrechungsfrequenzen haben, wenn ja, wie?
Die Open-Loop-Spannungsverstärkung eines Operationsverstärkers nimmt proportional zur Frequenz ab. Oder Sie können sagen, ob es bei 20 dB/Dekade abfällt. Irgendwann wird dieser Gewinn zu 1. Dies wird durch die Produktspezifikation Gewinn-Bandbreite charakterisiert . Beispielsweise hat ein Operationsverstärker mit 1 MHz Verstärkungsbandbreite eine Verstärkung von 1 bei 1 MHz, eine Verstärkung von 10 bei 100 kHz, 100 bei 10 kHz usw.
Für die meisten Anwendungen reicht diese einfache Formel aus. Beachten Sie jedoch, dass dies eine unendliche Verstärkung bei DC anzeigt. Operationsverstärker haben eine sehr hohe Verstärkung, wie 100k oder 1M oder mehr bei DC, aber nicht unendlich. Beginnend bei der Einheitsverstärkungsfrequenz steigt die Verstärkung um 20 db/Dekade (10x Spannungsverstärkung pro Dekade) der niedrigeren Frequenz, aber nur bis sie einen bestimmten Punkt erreicht. Dieser Punkt ist die Unterbrechungsfrequenz . Eine niedrigere Frequenz führt nicht mehr zu einer viel höheren Verstärkung.
Stellen Sie sich beispielsweise einen Operationsverstärker vor, der ein Verstärkungsbandbreitenprodukt von 5 MHz und eine Gleichspannungsverstärkung von 1 M (120 dB) aufweist. Seine Taktfrequenz beträgt daher 5 Hz. Das ist der Punkt, an dem Sie die Gleichspannungsverstärkung erhalten, indem Sie der Verstärkungsbandbreitenformel folgen. Unabhängig davon, ob Sie dorthin gelangen, indem Sie 5 MHz durch die Spannungsverstärkung von 1 M teilen oder 6 Frequenzdekaden nach unten gehen, um die 120 dB zu erreichen, Sie erhalten dieselbe Antwort.
Eine andere Sichtweise ist, dass ein Operationsverstärker als eine große DC-Verstärkung (1 M im obigen Beispiel) mit einem Tiefpassfilter bei der Grenzfrequenz modelliert werden kann.
Für die meisten Schaltungen ist die Unterbrechungsfrequenz selbst von geringem Interesse. Operationsverstärker sind daher normalerweise so spezifiziert, dass sie ein Produkt aus minimaler Verstärkung und Bandbreite und eine minimale DC-Verstärkung haben. Beachten Sie auch, dass es sich bei diesen Angaben um Mindestangaben handelt . Sie können sich nicht wirklich darauf verlassen, dass die Break-Frequenz an einer bestimmten Stelle liegt. Sowohl die tatsächliche Verstärkungsbandbreite als auch die tatsächliche DC-Verstärkung könnten höher sein, was jeweils eine andere Unterbrechungsfrequenz impliziert.
Die Open-Loop-Verstärkung Aol für einen Operationsverstärker ist eine Funktion der Frequenz und nimmt mit steigenden Frequenzen ab. Ohne zusätzliche Korrektur hat dieser Frequenzgang mindestens zwei Pole (zwei "Knickfrequenzen"), bis die Verstärkung Aol die 0-dB-Schwelle (Transitfrequenz) erreicht. Beachten Sie, dass bei jeder Polfrequenz die negative Flanke der Magnitude um 20 dB/dec zunimmt.
Diese Eigenschaft kann aufgrund der mit der abnehmenden Größe der Verstärkung verbundenen Phasenverschiebung bei Gegenkopplung zu schwerwiegenden Stabilitätsproblemen führen. Aus diesem Grund wird eine Phasenkorrekturschaltung hinzugefügt (meistens innerhalb des ICs), wodurch der Einfluss der zusätzlichen Pole kompensiert wird. Als Ergebnis haben wir einen phasenkompensierten Frequenzgang mit nur einem einzigen wirksamen Pol innerhalb des aktiven Bereichs. Diese Funktion ist identisch mit einer Tiefpassfunktion erster Ordnung und lässt sich durch die maximale Open-Loop-Verstärkung (ca. 100 dB) und die zugehörige Grenzfrequenz (Knickfrequenz) beschreiben.
Leon Heller