¿Es bueno tener una velocidad de respuesta más alta? ¿Cuáles son algunos de los efectos debido a las limitaciones de la velocidad de respuesta?

Los límites de velocidad de respuesta causarán distorsión a una frecuencia y amplitud de salida altas. Si su amplificador tiene una velocidad de respuesta limitada, poner una forma de onda periódica (sinusoidal, cuadrada, etc.) dará como resultado algo que se parece un poco a una onda de diente de sierra. Esto puede crear armónicos de frecuencia que no están presentes en la señal original, especialmente cuando la señal fuente es una onda sinusoidal pura. En general, debe tener una velocidad de respuesta lo suficientemente alta para la frecuencia y el voltaje de salida más altos que su circuito necesita admitir.

La velocidad de giro es otro término para la pendiente. La pendiente máxima de una onda sinusoidal es igual a su amplitud multiplicada por su frecuencia angular (derivada de$A \sin(2 \pi f t)$en el cruce por cero en$t = 0$es$2 \pi f A$). Entonces, una señal de 1 MHz con una amplitud de 1 V (2 V de pico a pico) tiene una pendiente máxima de$2\pi \times 1 \text{V} \times 1 \text{MHz} = 6.28 \text{V} / \mu \text{s}$. Si su amplificador tiene una velocidad de respuesta inferior a$6.28 \text{V} / \mu \text{s}$, entonces obtendrá una onda triangular si intenta que emita una onda sinusoidal de 1 MHz 1 V. Tenga en cuenta que la velocidad de respuesta tiene que ver con el voltaje de salida del amplificador operacional, no con la ganancia. Dicho esto, generalmente afecta más a los circuitos de alta ganancia porque las señales tienden a ser más grandes.

En los amplificadores operacionales, la velocidad de respuesta y el ancho de banda tienden a estar vinculados: los amplificadores operacionales de alta velocidad tienden a tener velocidades de respuesta rápidas; de lo contrario, no serían muy útiles. Las velocidades de respuesta rápidas permitirán que un amplificador operacional sobrepase o suene a una oscilación de salida mayor que un amplificador operacional con un ancho de banda equivalente pero una velocidad de respuesta más lenta. Las velocidades de giro más lentas pueden ayudar a limitar el exceso y el timbre en muchos casos. Otra cosa a considerar es la fuente de alimentación: la corriente de salida debe provenir de alguna parte. Los amplificadores operacionales de velocidad de respuesta muy rápida requieren una fuente de alimentación de muy baja impedancia. Esto puede requerir la colocación de varios capacitores de diferentes valores muy cerca del amplificador operacional; por lo general, una combinación de capacitancia a granel y pequeños capacitores de derivación de alta frecuencia.

Las limitaciones de la velocidad de respuesta pueden ser útiles para reducir el contenido armónico de las señales digitales. Algunos dispositivos tienden a producir bordes muy rápidos (p. ej., FPGA) que, si bien son necesarios para comunicaciones de gran ancho de banda, pueden causar problemas con comunicaciones de menor velocidad. Los flancos rápidos pueden acoplarse a trazas adyacentes y pueden causar diafonía e interferencia entre símbolos. Limitar la velocidad de giro puede mitigar esto. La transmisión de datos en serie a través de un ancho de banda limitado (por ejemplo, para un enlace de RF) también aprovecha la limitación de la velocidad de respuesta para confinar el ancho de banda de la señal.

Hay varios problemas que pueden derivarse de tener una velocidad de respuesta "demasiada":

• La velocidad de giro se correlaciona libremente con el ancho de banda del amplificador operacional, por lo que usar un amplificador operacional con una velocidad de giro mucho más alta de la que realmente se requiere significa que está haciendo que su circuito sea sensible a cosas a las que no necesita ser sensible.

• Es más probable que un amplificador operacional con una velocidad de respuesta alta sea susceptible de sonar . Puede que tenga que compensar el circuito para arreglar esto.

• A los amplificadores operacionales realmente rápidos a menudo no les gusta que se ejecuten con ganancia unitaria.

  Algunas hojas de datos de amplificadores operacionales aparecerán y le dirán esto. Un ejemplo es el OPA227 y el OPA228 . El OPA228 es aproximadamente 4 veces más rápido, pero solo es estable en ganancias de 5 o más. El OPA227 tiene un límite de plomo de fase en el interior que limita su ancho de banda, lo que le permite ser estable en ganancia unitaria.

  A veces, la hoja de datos del amplificador operacional oculta este hecho, como con el AD8397 . Su hoja de datos le dice que es "ganancia unitaria estable" en la página 1, pero luego profundiza en los detalles y encuentra el primer gráfico en la página 9 que muestra el pico en el ancho de banda frente a la curva de ganancia en la ganancia unitaria. Esto equivale efectivamente a una retroalimentación positiva, lo que significa que todo lo que necesita es un estímulo en la frecuencia máxima para tener una buena oportunidad de crear un oscilador. Puede terminar con un circuito que funciona bien en su banco de trabajo pero falla en otro lugar debido a un entorno de RFI diferente.

Lo que más le importa es la velocidad de respuesta, cuando el voltaje de salida es grande. (Varios voltios) A amplitudes más bajas, le importará más el producto GBW. Algunos opamps citarán el ancho de banda de potencia total, el BW en la amplitud de salida máxima. En general, esto estará determinado por la velocidad de respuesta.

Los amplificadores operacionales se pueden utilizar para muchos propósitos. En general, uno querrá tener una velocidad de respuesta que sea lo suficientemente rápida como para que el amplificador operacional nunca tenga una velocidad de respuesta limitada mientras procesa una señal de CA "continua". Por otro lado, si se utiliza un amplificador operacional para procesar una señal discontinua que representa una serie de niveles de CC en secuencia, la salida del amplificador operacional se muestreará algún tiempo después de que cambie la entrada, una velocidad de respuesta que es lenta pero todavía suficiente para que la salida alcance el nivel requerido antes de que se muestree puede reducir la probabilidad de sobreimpulso en comparación con una velocidad de respuesta más rápida.

Otra forma de ver las cosas es decir que si la entrada a un amplificador operacional "naturalmente" estará libre de transiciones que serían más agudas de lo que se desea o necesita en la salida, entonces se debe usar un amplificador operacional cuya velocidad de respuesta sea al menos tan rápido como la velocidad de giro máxima que se ordenará desde la entrada. Sin embargo, si la entrada puede contener transiciones extremadamente nítidas y la salida no necesita reproducirlas, el uso de un amplificador de velocidad limitada puede, "gratis", ayudar a reducir la nitidez de las transiciones en la salida y la zumbido u otras molestias que tal nitidez podría causar. El uso de un amplificador operacional con una velocidad de respuesta superior a la necesaria puede reducir la cantidad de ayuda que proporciona.