Produkt zwiększający przepustowość wzmacniacza operacyjnego

Od jakiegoś czasu mam to pytanie.

Załóżmy, że masz doskonały wzmacniacz operacyjny o iloczynie wzmocnienia wynoszącym 5 MHz. Podajesz sygnał 50mVp-p i wzmacniasz go 10-krotnie. Ogranicza to twoje pasmo do 500 kHz. Powiedzmy, że ustawiasz kolejny wzmacniacz operacyjny na wyjściu i konfigurujesz go jako wzmacniacz 10x. Ogólna szerokość pasma wynosi 500 kHz, ale została zwiększona o 100x, więc GBWP wynosi 50 MHz. Gdzie jest wada tej logiki?

Twoja logika jest zdrowa. Więcej opamps oznacza większy zysk dla danej przepustowości.

Kompensowane wzmacniacze operacyjne są wykonane z jednym dominującym biegunem, więc iloczyn wzmocnienia / przepustowości jest stały. Jeśli to nie działa w twojej aplikacji, użyj zdekompensowanego wzmacniacza i sam wykonaj sieć kompensacyjną.

Produkt o zwiększonej przepustowości ma znaczenie w / r / t jeden wzmacniacz operacyjny: po pomnożeniu wzmocnienia i przepustowości uzyskuje się stałą wartość ze względu na sposób wewnętrznej kompensacji wzmacniacza operacyjnego.

Jeśli masz więcej niż jeden stopień, całkowity czas wzmocnienia całkowita przepustowość nie jest stała, więc ogólny produkt wzmocnienia przepustowości nie ma znaczenia.

Ale twoja analiza ogólnego wzmocnienia i ogólnej szerokości pasma jest poprawna, a przynajmniej w większości poprawna: nie byłaby to 500 kHz, byłaby nieco mniejsza. Szerokość pasma jest zwykle mierzona jako punkt -3db, więc kiedy kaskadujesz dwa stopnie, dostajesz -6dB przy 500 kHz, a zatem punkt -3dB jest gdzieś poniżej tego, prawdopodobnie w zakresie 400-450 kHz.

Byłbym w niebie op amp, gdyby to było prawdą. Przepraszamy, ale obie odpowiedzi są błędne. Nie można pomnożyć GBP wzmacniaczy operacyjnych (i ogólnie stopni wzmacniacza), ponieważ wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego wynosi jeden przy określonej GBP.

Rzeczywista szerokość pasma wzmacniaczy kaskadowych jest ograniczona przez wzmacniacz o najmniejszej szerokości pasma. (I nie musi to być ten o najmniejszej GBP.)

pozdrowienia

Gdy masz jeden wzmacniacz operacyjny, będziesz miał jeden biegun przy częstotliwości przerwy, a napięcie wyjściowe zejdzie przy 6dB / oktawę, ale gdy masz dwa wzmacniacze operacyjne, masz dwa bieguny przy częstotliwości przerwy pojedynczego wzmacniacza operacyjnego, który, jak zakładaliśmy, jest taki sam dla obu wzmacniaczy operacyjnych), a zatem napięcie wyjściowe wzrośnie o 12dB / oktawę (ponieważ funkcje przenoszenia są zwielokrotnione), co oznacza, że ​​system szybciej osiągnie swoją ogólną częstotliwość przerywania ( jak widać z miejsca, w którym zaczyna się wycofywać) niż pojedynczy wzmacniacz operacyjny.

Dokładniej przy f3dB_overall = f3db * sqrt (2 ^ (1/2) - 1) ~ = 0,64fd3B, gdzie f3dB jest wspólną częstotliwością przerwania dla każdego pojedynczego wzmacniacza operacyjnego.

Mówiąc bardziej ogólnie, dla n kaskadowych wzmacniaczy operacyjnych, f3dB_overall = f3db * sqrt (2 ^ (1 / n) - 1).

Ponadto, jak wskazuje markrages, aby obejść ten problem, możesz użyć nieskompensowanych wzmacniaczy operacyjnych i samodzielnie dodać kondensator kompensacyjny do całej kaskady.

Spróbuję odpowiedzieć, aby odpowiedzieć w prosty sposób. Kiedy kaskadujemy do systemów, jego wzmocnienie zostanie zwielokrotnione w dziedzinie częstotliwości. Załóżmy, że maksymalne wzmocnienie systemu wynosi 1. Tak więc jego częstotliwość 3db wynosi „.707”. Nazwijmy tę częstotliwość F ', która jest częstotliwością odcięcia systemu.

Sprawdźmy wartość wzmocnienia w F 'dla systemu kaskadowego. To staje się interesujące. Dla układu kaskadowego wzmocnienie przy F 'będzie wynosić 0,707 × 0,707 = 0,499. Zatem F 'nie jest częstotliwością graniczną systemu kaskadowego. W ten sposób nowe częstotliwości odcięcia przesunęły się ze starej wartości, a nowa przepustowość będzie niższa niż poprzednia. Próbowałem to zilustrować na powyższym rysunku. Mam nadzieję, że zrozumiesz mój punkt widzenia.

Twoja logika jest idealnie poprawna! podobnie jak wynik. Jedyne, o czym musisz pamiętać, to to, że gdy kaskadowo, wzmocnienie się zwielokrotnia, ale nie pasmo przenoszenia. W twoim przypadku szerokość pasma wzmocnienia obu wzmacniaczy operacyjnych w kaskadzie byłaby równa częstotliwości gain1 * gain2 * (najmniejszej z dwóch)

więc odpowiedź wynosiłaby 10 * 10 * 500 kHz = 50 MHz, co jest całkowicie poprawne.

Kaskada tych wzmacniaczy nie zapewnia większej przepustowości. Pamiętaj, że istnieje zbliżające się ograniczenie do 5 MHz. Po prostu zyskujesz więcej istniejącej przepustowości 5 MHz przy danym wzmocnieniu.

Wciąż dochodzi do wzmocnienia jedności przy tej samej częstotliwości, ale to jest szybsze, podobnie jak w przypadku szybszego rozwijania, gdy dodajesz więcej biegunów do filtra. To tak, jakby uzyskać lepsze przybliżenie „ceglanego muru”.

Przy częstotliwości, w której wzmocnienie w otwartej pętli jest jednością, nie można uzyskać żadnego dodatkowego wzmocnienia przez kaskadowanie wzmacniaczy. Poza tą częstotliwością, w której występuje wzmocnienie mniejsze niż jedność, można uzyskać mniejszy zysk poprzez kaskadowanie wzmacniaczy.