Wenn eine Kaskade von Operationsverstärkern vorhanden ist, wirkt sich die Anstiegsgeschwindigkeit des vorherigen Operationsverstärkers auf die Anstiegsgeschwindigkeit des späteren Operationsverstärkers aus?

Inspiriert von den vielen richtigen Überlegungen von Tony Stewart werde ich meinen Beitrag leisten und in der gleichen Reihenfolge auf Ihre Fragen antworten.

Ist diese Abnahme der Anstiegsgeschwindigkeit darauf zurückzuführen, dass das Signal durch zwei Operationsverstärker gesendet wurde, von denen jeder seinen eigenen Anstiegseffekt hatte?

• Ja : Das Kaskadieren vieler Verstärkungsstufen verringert die Gesamtgeschwindigkeit ihrer Reaktion. Wenn Sie also für einen bestimmten Eingangssignalschritt die gleiche Ausgabe erhalten, indem Sie einen zweistufigen Verstärker anstelle eines einstufigen Verstärkers verwenden, verlangsamen Sie das Ausgangssignal, indem Sie seine Anstiegszeit erhöhen$t_{r_o}$, und damit die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangs, definiert als

  $$\mathrm{SR} = \max\left(\left|\frac{dv_\mathrm{out}(t)}{dt}\right|\right)$$

  Weitere Informationen finden Sie im Wikipedia-Eintrag zur Anstiegszeit , genauer gesagt im Abschnitt zu kaskadierten Blöcken .

Kombinieren sich die Anstiegsraten in irgendeiner Weise?

• Ja , sie kombinieren genau über die jeweiligen Ausgangsanstiegszeiten$t_{R_1}$und$t_{R_2}$ihrer Stufen (in dem hier analysierten zweistufigen Verstärker). Grob gesagt erhalten wir, indem wir den Ausdruck für die Anstiegszeit des Ausgangs von kaskadierten Stufen verwenden, der in der oben angegebenen Referenz gefunden wird

  $$\mathrm{SR}_1\approx \frac{V_{o_{pk}}}{\sqrt{t_{r_i}^2+t_{r_{o1}}^2}}$$ für die einzelne invertierende Verstärkungsstufe und $$\mathrm{SR}_2\approx \frac{V_{o_{pk}}}{\sqrt{t_{r_i}^2+t_{r_{o2}}^2}}$$ für die einzelne invertierende Ausgangsstufe, wobei
  • $t_{r_i}$die Anstiegszeit des Eingangssignals ist und
  • $V_{o_{pk}}$ist die maximale Ausgangsspannung von Spitze zu Spitze

  Wenn die beiden Stufen kaskadiert werden, erhalten wir ungefähr

  $$\mathrm{SR}\approx \frac{V_{o_{pk}}}{\sqrt{t_{r_i}^2+t_{r_{o1}}^2+t_{r_{o2}}^2}}$$ und somit$\mathrm{SR}<\mathrm{SR}_1$,$\mathrm{SR}<\mathrm{SR}_2$

Ist die Unity-Gain-Instabilität der Grund für die zweite Abnahme der Anstiegsgeschwindigkeit?

• Nein , solange diese Instabilität die Anstiegszeit einer bestimmten Stufe der Kette nicht beeinflusst, und ich vermute, dass genau dies passiert, wenn Sie die Verstärkung der zweiten Stufe durch Anheben ändern$R_2$zu$10\mathrm{k}\Omega$statt absenken$R_1$zu$1\mathrm{k}\Omega$(Angesichts der Eigenschaften des LM324 vielleicht$R_1=R_2=2\mathrm{k}\Omega$wäre die beste Wahl, siehe die Diskussion im nächsten Punkt oder die Antwort von Tony Stewart). Ich habe nicht versucht, Ihre Schaltung nach der Standardtheorie zu analysieren , aber ich vermute, dass sie steigt$R_2$erhöht die Anstiegszeit der zweiten Stufe und gibt Ihnen so den spürbaren Abfall der Anstiegsgeschwindigkeit, den Sie bemerkt haben.

Ich dachte, die Anstiegsgeschwindigkeit sei eine intrinsische Eigenschaft eines Operationsverstärkers. Gibt es eine Variable, die die Anstiegsgeschwindigkeit beeinflusst, die ich nicht berücksichtige?

• Ja : Die Anstiegsgeschwindigkeit ist eine intrinsische Eigenschaft jedes Operationsverstärkers in dem Sinne , dass es die beste Leistung ist , die Sie von ihm bekommen können . Belastungseffekte, wie sie von Tony Stewart erklärt wurden, Parasiten und Designentscheidungen, die nicht darauf abzielen, die höchste Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen, können und werden zu einer niedrigeren effektiven Anstiegsgeschwindigkeit führen.

Kombinieren sich die Anstiegsraten in irgendeiner Weise?

JA

Ist die Unity-Gain-Instabilität der Grund für die zweite Abnahme der Anstiegsgeschwindigkeit?

NEIN

Gibt es eine Variable, die die Anstiegsgeschwindigkeit beeinflusst, die ich nicht berücksichtige?

JA
Befolgen Sie die empfohlenen Testbedingungen in Abbildung 1 im Datenblatt und verstehen Sie dann warum.

Die Anstiegsgeschwindigkeit ist strombegrenzt entweder durch die Miller-Kapazität oder die Lastkapazität oder begrenzt durch einen übermäßig niedrigen Lastwiderstand oder eine beliebige Kombination, die den Treiberstrom reduziert, der verfügbar ist, um die virtuelle Masse am Eingang zu erzeugen.

Normalerweise wird erwartet, dass dieser alte Operationsverstärker im uA741-Stil mit 1 MHz, der LM348, eine nominale Anstiegszeit von hat;

Die maximale Anstiegsgeschwindigkeitsspezifikation des Typs 0,5 V verringert sich, wenn sie von gleichen Geräten kaskadiert wird. Dies ist eine „Großsignal“-Antwort und wird durch die strombegrenzte Ausgabe und Last begrenzt. Das Datenblatt definiert es für 2k//100pF, um eine große Schwingung von 0,5 V/us zu erreichen.

• Wenn Sie 50 Ohm für R1 und R2 wählen, treibt der Ausgang R2 als Last für +/2,5 V an, dann benötigt er 2,5 V/50 R = 50 mA. was den OA aktuell begrenzt.

• Wenn Sie 500 Ohm und 5 V verwenden, werden 10 mA benötigt, und das Gleichgewicht des verfügbaren Stroms von 15 mA zu 100 pF kann wie folgt angesteuert werden.

Dies ist der Schlüssel zum Verständnis, wie die Strombegrenzung die Anstiegsgeschwindigkeit von R- und C-Lasteffekten reduziert.

Der richtige Weg zum Design besteht darin, die Eingangs-, Ausgangseigenschaften und Impedanzen zu definieren und dann die besten Teile auszuwählen, um diese Kriterien zu erfüllen, anstatt zu wählen, was in der Nähe ist, und auf die falschen R-Werte zu raten.

Ein 50-Ohm-Treiber mit 5-V-Rechteckwelle benötigt mindestens das 10-fache der BW als angelegte Frequenz, um die 9. Harmonische zu haben und den Strom zum Treiben der Last Vp/R+ CdV/dt (Lastkapazität) liefern zu können.

Daher vermute ich, dass der LM348 keine gute Wahl ist.

Geben Sie in Zukunft die erforderliche Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangs, die Spannung und die Lastimpedanz an. Berücksichtigen Sie dann BW, Treiberstrom, Lastwiderstand und Kabelkapazität in Ihrem Design. ( zB 100pF/m )