¿Cómo conectar amplificadores operacionales en serie en altas frecuencias?

Supongamos que tengo una señal de 50 MHz con una amplitud pico a pico de 300 mV y quiero amplificarla a pico a pico de 8 V. Para este propósito, seleccioné AD8055 . Este es un VFO de 300 MHz que es adecuado para este propósito. Seleccioné valores de resistencia de acuerdo con su hoja de datos (Tabla 3, página 16). Como la ganancia máxima con esa configuración es 10, necesito dos amplificadores operacionales conectados en serie (esquema a continuación) con la esperanza de que el primer dispositivo produzca una ganancia de 10 veces y el segundo una 2.2.

El primero produce 3 voltios que está bien. pero la ganancia del segundo nunca supera 1 (el total nunca supera x10).

Este problema solo se ve en frecuencias altas (en frecuencias más bajas como 1MHz puede generar una salida de pico a pico de 9v). La tensión de alimentación es de +/-5v. La primera salida es 3v pk-pk que está muy por debajo de la entrada máxima (+/-2.5v) para la segunda.

Intenté usar diferentes resistencias (un potenciómetro) entre 100 ohmios y 1 k, pero la ganancia del segundo amplificador operacional nunca supera 1. También intenté atenuar el voltaje de entrada (lo reduje a 100 mv). En este caso la primera salida se vuelve 1v (ganancia=10) y la segunda salida puede exceder la unidad (alcanza ganancia=3) pero finalmente la salida total es de 3v pico a pico todavía.

¿Hay alguna consideración que me falta?

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La primera etapa tiene una ganancia de 10. El amplificador operacional solo tiene un producto de ancho de banda de ganancia de 300 MHz, por lo que nunca obtendrá un ancho de banda de 50 MHz de esto (también es necesario que quede algo de margen). Compare también las respuestas de frecuencia para la ganancia 10 en la página 1 de la hoja de datos.

Respuestas (4)

Pruebe con dos CFO, cada uno con una ganancia de √(8/0,3) = 5,16.

Como sabe, los VFO tienen un producto de ancho de banda de ganancia, lo que significa que el ancho de banda disminuye a medida que aumenta la ganancia. Si coloca dos VFO en cascada, como lo ha hecho en su circuito, el ancho de banda de todo el sistema está limitado por el ancho de banda más bajo de cualquiera de los VFO. Por lo tanto, ambos VFO deben tener la ganancia más pequeña posible. Esto se logra cuando la ganancia de cada VFO es la raíz cuadrada de la ganancia total del sistema, en este caso √(8Vpp/0.3Vpp) = 5.16. Los directores financieros son mucho menos susceptibles a cambios en el ancho de banda en función de la ganancia, pero dado que la frecuencia es tan alta, puede valer la pena considerarlo.

[Original] Es posible que desee considerar el uso de un enfoque de amplificador de retroalimentación actual. Pueden ser órdenes de magnitud más rápidos que los amplificadores de retroalimentación de voltaje y su ganancia se ve mucho menos afectada por la frecuencia.

+1 por buena sugerencia!. Después de su sugerencia probé AD811 (un CFO). ¡Mejoró y pude alcanzar 6vpp pero el mismo escenario ocurre con este voltaje! ¡Creo que nunca podré hacerlo funcionar!
Pruebe con dos CFO, cada uno con una ganancia de √(8/0,3) = 5,16. Si esto no funciona, tal vez debería considerar usar un transistor de potencia de RF para la amplificación, por ejemplo, Motorola MRF492.
¿Podría explicar la fórmula? √(8/.3)
Como sabe, los VFO tienen un producto de ancho de banda de ganancia, lo que significa que el ancho de banda disminuye a medida que aumenta la ganancia. Si coloca dos VFO en cascada, como lo ha hecho en su circuito, el ancho de banda de todo el sistema está limitado por el ancho de banda más bajo de cualquiera de los VFO. Por lo tanto, ambos VFO deben tener la ganancia más pequeña posible. Esto se logra cuando la ganancia de cada VFO es la raíz cuadrada de la ganancia total del sistema. Los directores financieros son mucho menos susceptibles a cambios en el ancho de banda en función de la ganancia, pero dado que la frecuencia es tan alta, puede valer la pena considerarlo.
¡Guau! Probé 2 CFO (AD811) con una ganancia de 5 (tuve que cambiar el RG de 50 ohmios a 100 ohmios, la reducción de RF no funcionó). ¡Ahora puedo alcanzar hasta 20 Vpp! a 50 MHz! (¡Nunca creí eso!). Como esta respuesta permanecerá para otros que puedan verla más adelante, agregue el último comentario a su respuesta y explique esa fórmula para llegar a una buena conclusión y avíseme. Lo marcaré como respuesta correcta.
Me alegro de que hayas conseguido que funcione. Tenga cuidado, sin embargo, ya que los VFO en cascada pueden resultar fácilmente en inestabilidad y es posible que deba buscar una compensación.
Sí, funciona bien en 50 MHz pero se vuelve inestable por debajo de 20 MHz (ya que la amplitud de entrada es mayor) Estoy tratando de manejarlo.

Si observa la hoja de datos (página 4, características de salida... también figura 30 en la página 11) verá que el AD8055 no está especificado para más de +/-3V de salida con +/-5v de suministro. Entonces, la salida está fuera del rango dinámico.

Supongo que para cambios de salida tan grandes, se encuentra con limitaciones de velocidad de respuesta de salida, que se especifica en 750 V/µs, o 0,75 V/ns para ese chip con ganancia establecida en 2 y un paso de salida de 4 V.

Además, quisiera señalar que el producto de ancho de banda de ganancia de 300 MHz significa que solo obtendrá (en el mejor de los casos) una ganancia de 6 de cada etapa a 50 MHz, y esto supondría que no hay retroalimentación negativa. Tenga en cuenta que estos números de ancho de banda representan puntos de -3 dB, por lo que la ganancia real en la frecuencia de esquina será 0,707 × el valor "nominal".

Pero, por último, tenga en cuenta que solo se garantiza que la oscilación de salida del chip sea de ±2,9 V, con un valor típico de ±3,1 V.

Cambié la primera ganancia = 5x y la segunda ganancia a 3x (esperando un total = x15). Ahora debería ver una salida oscilando entre -2,25 y +2,25 (5x3x300mV = 4,5 pk-pk = -2,25 a +2,25). Pero el resultado es el mismo que antes (-1.5 a +1.5). Lo mismo también con 4x,4x y 5x,2x.
¡Este es exactamente el resultado que obtengo con BJT (2N2219, BC108, BC109, BC114!) ¡Parece que no hay 50MHz 6vpp en el mundo!
Oh, lo encontré con tu guía. No me había dado cuenta de que 300 MHz es un producto de ancho de banda "-3dB". Debería haber ingresado un 0.707 en mis cálculos: 5 x 3 x 300 mV x 0.707 = 3.185 y esto es exactamente lo que veo en mi visor. Si esta suposición es correcta, agréguela a su respuesta hasta que se convierta en la respuesta perfecta y la marcaré como correcta. Gracias de nuevo.

  1. Necesitará un amplificador operacional de riel a riel para 8Vp-p con un voltaje de suministro de 5V. Las etapas de salida normales consumirán al menos 1,5 V con distorsiones altas.

  2. Estos 300MHz son para K=1; Para K = 10 obtienes una frecuencia máxima de 30 MHz.

  3. 2 etapas a 30 MHz le dan menos de 30 MHz a un nivel de -3dB.

Por lo tanto, necesita 2 etapas con menor ganancia (pero mayor BW): 5, por ejemplo. Y opamp con Ft al menos 500MHz y al menos 1000V/us

¿Algo como LT6200-5? (Después de algunos controles - NO, solo tiene 200V/us y es muy lento para 8V pp)

Por cierto, existen los llamados amplificadores de video con ganancia fija/programable. No son exactamente amplificadores operacionales, pero son mucho más rápidos.

¡Gracias! Estoy de acuerdo con los números 2,3, pero ¿por qué no puedo amplificar a 8vpp con +/- 5v (= 10v)?
@Aug Porque 8Vp-p significa una salida de -8V a +8V y esto es más de +-5V.
Pero creo que Vpp es la "diferencia" entre máximo y mínimo. 8vpp significa de -4 a +4: en.wikipedia.org/wiki/Amplitude y whatis.techtarget.com/definition/peak-to-peak-pk-pk Esto es exactamente lo que calcula mi osciloscopio digital
@Aug - Oh, que mal. Necesito dormir. :) De todos modos, +-4V también es demasiado grande para una potencia de +-5V, pero es posible con opamp de riel a riel.
Sí, debería optar por 6Vpp, pero tenga en cuenta mi comentario en la respuesta de Dave Tweed. ¡El nuevo diseño aún no funciona!
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