OP AMP Slew Taxa: funcionando e seus aplicativos

A taxa de galho de um amplificador operacional (amplificador OP) é ​​a rapidez com que a tensão de saída pode mudar em resposta a um sinal de entrada em rápida mudança.É importante porque permite que o amplificador operacional lide com sinais rápidos sem distorção, mantendo os sinais claros e precisos em vários aplicativos eletrônicos.Essa taxa, medida em volts por microssegundo (V/µs), onde existem sinais de alta frequência ou alterações rápidas na entrada.

Este artigo analisa detalhadamente como diferentes opções de design em amplificadores, como compensação de frequência, configuração do estágio de saída e capacitância interna, afetam como os amplificadores operacionais funcionam.Ele também fala sobre o equilíbrio entre a taxa de galho e a largura de banda e compara diferentes amplificadores para ajudar na escolha da certa para usos específicos.

Catálogo

Figura 1: Circuito de medição da taxa de gabarito

Fatores que influenciam a taxa de enxurrada nos amplificadores operacionais

Vários elementos afetam essa taxa, influenciando o desempenho geral do amplificador operacional.

Compensação de frequência é importante manter um amplificador operacional estável sob várias condições.Envolve o uso de peças internas, como capacitores de compensação e loops de feedback para evitar problemas como oscilações em altas frequências.No entanto, essas peças também diminuem a velocidade da rapidez com que o amplificador operacional pode responder a mudanças rápidas no sinal de entrada, limitando a taxa de galho.Portanto, enquanto ajudam com estabilidade, eles também reduzem a velocidade do amplificador operacional ao reagir a mudanças repentinas.

Figura 2: Compensação de frequência do amplificador operacional

O design do estágio de saída Em um amplificador operacional é outro fator principal que afeta a taxa de gabarito.Este estágio inclui componentes como transistores de saída e circuitos que fornecem a necessidade atual de acionar a carga.O tamanho e o design dessas peças determinam a quantidade de corrente fornecida para carregar ou descarregar quaisquer capacitores conectados que afetem diretamente a taxa de galho.Por exemplo, transistores maiores podem fornecer mais corrente, permitindo que a tensão de saída mude mais rapidamente.Da mesma forma, os circuitos que aumentam a corrente podem ajudar o amplificador operacional a responder mais rapidamente a alterações repentinas de entrada, melhorando a taxa de galho.

Figura 3: Design de estágio de saída do amplificador operacional

Dentro de um amplificador operacional, os diferentes capacitores armazenam e liberam carga conforme o dispositivo opera. A quantidade total de capacitância interna Nas redes de feedback e remuneração, influencia a taxa de galho.Essa capacitância controla a rapidez com que o amplificador operacional pode carregar e descarregar, afetando a rapidez com que a saída pode seguir as alterações de entrada. O produto de largura de banda de ganho (GBP) de um amplificador operacional define um limite para a rapidez com que a saída pode seguir o sinal de entrada enquanto ainda é preciso.Um GBP mais alto significa que o amplificador operacional pode lidar com frequências mais altas sem perder a precisão, levando a uma melhor taxa de galho.

Figura 4: Largura de banda de ganho de amplificador op-a

Distorção da taxa de giro em amplificadores operacionais

Figura 5: Taxa Slew

Quando a taxa de Slew de um amplificador é excedida, a distorção no sinal de saída se torna aparente, principalmente com ondas senoidais.Uma onda senoidal sobe e cai suavemente, e a mudança mais rápida acontece no ponto de cruzamento zero.Se a frequência ou força da onda senoidal for muito alta para o amplificador operacional, a saída não se parecerá com a onda senoidal lisa que entrou. Em vezSaída rápido o suficiente para acompanhar a entrada.

Essa saída triangular é um sinal claro do que é conhecido como distorção da taxa de gama.Esse tipo de distorção é um problema, pois não apenas altera a forma da forma de onda, mas também apresenta frequências indesejadas que podem atrapalhar outras partes do circuito.Essa situação mostra claramente como um amplificador operacional pode lutar com mudanças rápidas no sinal de entrada.

Para evitar a distorção da taxa de slew, é importante escolher um amplificador operacional com uma taxa de galho mais alta que a mudança de tensão mais rápida que você espera em seu aplicativo.Pense na força e na velocidade do sinal para descobrir a taxa de troca certa.Dessa forma, o amplificador operacional pode lidar com alterações rápidas sem estragar a saída.

Figura 6: Distorção da taxa de troca

Calculando a taxa de gama necessária

A fórmula usada para calcular a taxa de troca necessária é:

Nesta fórmula:

• é a frequência mais alta do sinal que você deseja amplificar (medido em Hertz, Hz).

• é a tensão de pico desse sinal (medido em volts, v).

Digamos que você queira ampliar um sinal que possui uma tensão de pico de 5V e uma frequência de 25kHz.Você calcularia a taxa de giro da seguinte forma:

Quando você multiplica esses valores, você recebe:

Finalmente, compare a taxa calculada com as especificações do amplificador operacional que você planeja usar.A taxa de SLEW do OP-AMP deve ser pelo menos tão alta quanto o valor calculado para garantir a operação livre de distorção.

Figura 7: fórmula de taxa de gabar

Aqui está outro exemplo.Imagine que você precisa dirigir um sinal sinusoidal com as seguintes características:

• Tensão de pico a pico: 5V

• Frequência máxima: 1 MHz (1 milhão de ciclos por segundo)

Nosso objetivo é calcular a taxa mínima de gama necessária para que um amplificador de OP lide com esse sinal sem distorção.

Para quebrar os valores para um sinal de pico a pico de 5V, calculamos primeiro a tensão de pico.A tensão de pico é metade da tensão de pico a pico.Para um sinal com um valor de pico a pico de 5V, a tensão de pico () seria 2,5V, conforme calculado pela fórmula:

Além disso, a frequência máxima () é fornecido como 1 MHz.

A taxa de giro (SR) é uma medida da rapidez com que a saída de um amplificador de OP pode mudar.Para evitar a distorção, a taxa de giro deve ser rápida o suficiente para acompanhar o sinal.A fórmula para calcular a taxa de giro é:

Vamos inserir os valores na fórmula:

Isso simplifica para:

Portanto, para garantir que seu amplificador operacional possa lidar com o sinal de pico a pico de 5V a uma frequência de 1 MHz sem distorção, ele deve ter uma taxa de galho de pelo menos 15,7 V/μs.

Taxa de giro vs. largura de banda

A conexão entre a taxa de galho e a largura de banda nos amplificadores operacionais é necessária para sua capacidade de lidar com sinais de alta frequência.Uma taxa de galho mais alta permite que a tensão de saída mude mais rapidamente e pode melhorar a largura de banda do amplificador em alguns casos.No entanto, uma taxa rápida por si só não garante uma largura de banda larga.A largura de banda também é limitada por fatores como a remuneração interna do amplificador operacional e o design de seus estágios internos.Essas restrições destacam que, embora a taxa de gama e a largura de banda sejam importantes, elas não equivalem diretamente entre si e ambas precisam ser consideradas para o desempenho ideal.

Ao projetar circuitos, você precisa equilibrar cuidadosamente a taxa e a largura de banda para atender aos requisitos de aplicativos específicos.Se a taxa de giro for muito baixa, o amplificador poderá distorcer sinais que mudam rapidamente, mesmo que a largura de banda pareça suficiente no papel.Por outro lado, um amplificador com largura de banda limitada lutará para ampliar com precisão sinais de alta frequência, independentemente da taxa de giro.Essa interdependência significa que ambos os fatores devem ser avaliados juntos para evitar problemas com a integridade do sinal.

A seleção de um amplificador operacional exige considerar a taxa de galho e a largura de banda juntos.O amplificador op escolhido deve ser capaz de lidar com toda a faixa dinâmica e espectro de frequência do sinal de entrada para evitar problemas como distorção ou perda de sinal.

Figura 8: largura de banda e taxa de gabarito

Taxa de diferentes amplificadores

Operacional Amplificador	Taxa de giro (Typ) (V/µs)	EUQ (Typ) (MA)	Típico Aplicativo
LM741	0,5	2.8	Objetivo geral, processamento de áudio
TL081	13	3.6	Amplificadores de áudio e vídeo, filtros ativos
OPA2134	20	4	Equipamento de áudio profissional, amplificadores de alta fidelidade
LM324	0,5	0,8	Eletrônicos de consumo, amplificadores de sensor
AD823	30	2.8	Condicionamento de sinal de alta velocidade, drivers de ADC
NE5532	9	8	Pré-amplificadores de áudio, misturando consoles
LT1014	0,2	0,35	Instrumentação de Precisão, DMMS
LM358	0,6	0,7	Aplicações de baixa potência, dispositivos de bateria
MCP602	2.3	1	Dispositivos portáteis, amplificadores de fotodiodo
Ada4898	1000	10	Comunicação de alta velocidade, sistemas de radar
OPA369	0,05	0,9	Dispositivos portáteis de baixa potência, amplificadores de sensores
OPA333	0,5	0,17	Instrumentação médica, sensores de precisão
OPA277	0,8	2.5	Processamento analógico de precisão, equipamento de teste
OPA129	1.5	6.5	Buffer de alta impedância, instrumentos médicos
OPA350	10	5.5	Amplificadores de vídeo, drivers de cabo
OPA211	27	3.6	Aquisição de dados de alto desempenho, amplificadores de áudio
OPA827	25	4.5	Pré -amplificadores de áudio, buffers ADC, amplificadores de saída DAC
OPA835	560	3.9	Amplificadores de banda larga, processamento de sinal de alta velocidade
OPA847	6000	20	Rf/if gain blocks, comunicações de alta velocidade

Conclusão

A taxa do SLEW é um recurso dos amplificadores operacionais que afeta o quão bem eles lidam com sinais rápidos e mantêm a clareza do sinal.O artigo discute vários fatores que influenciam a taxa de slew, como remuneração interna, design de estágio de saída e limitações de largura de banda.Inclui uma fórmula para calcular a taxa de gama necessária e explora a relação entre a taxa de galho e a largura de banda.O artigo também compara os amplificadores com base nas taxas de gama e oferece conselhos práticos para corresponder recursos de amplificadores a necessidades específicas, impedindo problemas como distorção da taxa de galho.No geral, essa explicação detalhada ajuda a entender melhor os amplificadores operacionais e a melhoria dos sistemas eletrônicos.

Perguntas frequentes [FAQ]

1. O que acontece se a taxa de slew for alta?

Quando um amplificador operacional (OP AMP) tem uma taxa de alta enxerga, ele pode responder rapidamente às alterações em seu sinal de entrada, permitindo que a tensão de saída se ajuste rapidamente.Esse recurso é bom para aplicações que requerem processamento de sinal rápido, como comunicações de vídeo ou RF.No entanto, uma taxa muito alta também pode apresentar desafios.Pode causar oscilações ou instabilidade no circuito em sistemas de feedback.Além disso, transições mais rápidas podem introduzir um ruído mais de alta frequência no circuito, potencialmente de linhas de fonte de alimentação ou sinais digitais de alta velocidade nas proximidades.

2. Como você controla a taxa de gorjeta?

Controlar a taxa de gabarito em um amplificador operacional (AMP OP) envolve ajustar a configuração interna do amplificador operacional ou modificar o projeto do circuito.Um método é selecionar um amplificador de OP com uma taxa de gabinete inerente que atenda às necessidades do seu aplicativo, permitindo que você evite problemas relacionados à velocidade excessiva ou insuficiente.Outro método é alterar a rede de feedback alterando os valores do resistor ou do capacitor que pode afetar a rapidez com que o amplificador operacional responde às alterações de entrada, fornecendo uma maneira prática para ajustar o desempenho sem substituir o amplificador operacional.Técnicas de compensação externa, como adicionar capacitores de desvio ou circuitos de amortecedor, podem ajudar a gerenciar a taxa de giro, melhorando a estabilidade e reduzindo os oscilações indesejadas.

3. A taxa de rampa é uma taxa de rampa?

Sim, a taxa de giro é frequentemente considerada um tipo de taxa de rampa.Ele descreve a taxa máxima na qual a saída de um amplificador OP pode mudar e expressa em volts por microssegundo (V/µs).Essa taxa é semelhante a uma rampa, pois limita como a tensão de saída pode subir ou descer, como uma rampa controla o ângulo de subida ou descida.

4. Qual é a diferença entre a taxa de galho e o tempo de subida?

Taxa e tempo de subida são parâmetros distintos no processamento de sinal.A taxa de giro mede a rapidez com que a saída de um amplificador operacional pode mudar, indicando a taxa máxima de alteração independente da frequência do sinal.Por outro lado, o tempo de subida refere -se ao tempo necessário para que um sinal faça a transição de um valor baixo especificado (10%) para um valor alto (90%) de sua amplitude máxima e depende da frequência do sinal e da geral do sistemalargura de banda.Enquanto a taxa de giro define uma condição de contorno para a capacidade máxima da saída, o tempo de subida é uma característica observável de como um sinal se comporta dentro desses limites.

5. Qual é a relação entre a taxa de slew e o CMRR?

Taxa de gabinete e taxa de rejeição de modo comum (CMRR) são dois aspectos diferentes do desempenho de um amplificador operacional (AMP OP).A taxa do SLEW lida com a rapidez com que o amplificador de OP pode responder a alterações no sinal de entrada, enquanto o CMRR mede o quão bem o amplificador OP pode rejeitar ruído ou interferência que afeta as duas entradas igualmente.Embora esses dois fatores não estejam relacionados, eles podem se influenciar em determinadas situações.Por exemplo, em circuitos de alta velocidade, onde o amplificador OP deve responder rapidamente, uma taxa de alta enxerga pode criar desequilíbrios nos circuitos internos, que podem reduzir o CMRR e causar erros ou distorções.