Si existe una cascada de amplificadores operacionales, ¿la velocidad de respuesta del amplificador operacional anterior afecta las velocidades de respuesta del amplificador operacional posterior?

Inspirándome en las muchas consideraciones correctas de Tony Stewart, daré mi contribución y responderé en el mismo orden a sus preguntas.

¿Esta disminución en la velocidad de rotación se debe al hecho de que la señal se envió a través de dos amplificadores operacionales, cada uno con su propio efecto de rotación?

• Sí : la conexión en cascada de muchas etapas de amplificación reduce la velocidad general de su respuesta. Por lo tanto, si, para un paso de señal de entrada dado, obtiene la misma salida utilizando un amplificador de dos etapas en lugar de uno de una sola etapa, reduce la velocidad de la señal de salida aumentando su tiempo de subida.$t_{r_o}$, y por lo tanto la velocidad de respuesta de la salida, definida como

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

  Eche un vistazo a la entrada de Wikipedia sobre el tiempo de subida , precisamente la sección sobre bloques en cascada , para obtener más información.

¿Se combinan las velocidades de respuesta de alguna manera?

• Sí , se combinan con precisión a través de los respectivos tiempos de subida de salida.$t_{R_1}$y$t_{R_2}$de sus etapas (en el amplificador de dos etapas analizado actualmente). En términos generales, al usar la expresión para el tiempo de subida de la salida de las etapas en cascada que se encuentra en la referencia anterior, obtenemos

  $$\mathrm{SR}_1\approx \frac{V_{o_{pk}}}{\sqrt{t_{r_i}^2+t_{r_{o1}}^2}}$$ para la etapa de ganancia inversora simple, y $$\mathrm{SR}_2\approx \frac{V_{o_{pk}}}{\sqrt{t_{r_i}^2+t_{r_{o2}}^2}}$$ para la etapa de salida inversora única, donde
  • $t_{r_i}$es el tiempo de subida de la señal de entrada, y
  • $V_{o_{pk}}$es el voltaje de salida máximo de pico a pico

  Cuando las dos etapas están en cascada, obtenemos aproximadamente

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

¿Es la inestabilidad de ganancia unitaria la razón de la segunda disminución en la velocidad de respuesta?

• No , siempre y cuando esta inestabilidad no afecte el tiempo de subida de una determinada etapa de la cadena, y sospecho que es exactamente esto lo que sucede cuando cambias la ganancia de la segunda etapa por ascendente.$R_2$a$10\mathrm{k}\Omega$en lugar de bajar$R_1$a$1\mathrm{k}\Omega$(dadas las características del LM324, quizás$R_1=R_2=2\mathrm{k}\Omega$sería la mejor opción, vea la discusión en el siguiente punto o la respuesta de Tony Stewart). No he tratado de analizar su circuito de acuerdo con la teoría estándar , pero sospecho que el aumento$R_2$aumenta el tiempo de subida de la segunda etapa, brindándole así la caída sensible de la velocidad de respuesta que notó.

Pensé que la velocidad de respuesta era una propiedad intrínseca de un amplificador operacional. ¿Hay alguna variable que afecte la velocidad de respuesta que no esté considerando?

• Sí : la velocidad de respuesta es una propiedad intrínseca de cada amplificador operacional en el sentido de que es el mejor rendimiento que puede obtener de él . Los efectos de carga, como los explica Tony Stewart, los parásitos y las opciones de diseño que no apuntan a obtener la velocidad de respuesta más alta pueden y le darán una velocidad de giro efectiva más baja.

¿Se combinan las velocidades de respuesta de alguna manera?

SI

¿Es la inestabilidad de ganancia unitaria la razón de la segunda disminución en la velocidad de respuesta?

NO

¿Hay alguna variable que afecte la velocidad de respuesta que no esté considerando?

SÍ
Siga las condiciones de prueba recomendadas de la Figura 1 en la hoja de datos y luego comprenda por qué.

La velocidad de respuesta está limitada por la corriente en la capacitancia de Miller o la capacitancia de carga o está limitada por una resistencia de carga baja excesiva o cualquier combinación que reduzca la corriente de accionamiento disponible para crear la tierra virtual en la entrada.

Normalmente, se espera que este antiguo amplificador operacional de estilo uA741 de 1 MHz, el LM348, tenga un tiempo de subida nominal de ;

La especificación de velocidad de giro máxima del tipo de 0,5 V se reducirá cuando se conecta en cascada con dispositivos iguales. Esta es una respuesta de "señal grande" y está limitada por la salida y la carga limitadas de corriente. La hoja de datos la define para 2k//100pF para lograr una oscilación grande de 0,5 V/us.

• Si elige 50 ohmios para R1 y R2, la salida conducirá a R2 como carga para +/2,5 V, luego necesitará 2,5 V/50R = 50 mA. que es la corriente que limita el OA.

• Si usó 500 ohmios y 5 V, entonces demandaría 10 mA y el balance de corriente disponible de 15 mA en 100 pF puede conducir es el siguiente;

Esto es clave para comprender cómo el límite de corriente reduce la velocidad de respuesta de los efectos de carga R y C.

La forma correcta de diseñar es definir las características de entrada y salida y las impedancias y luego elegir las mejores partes para cumplir con ese criterio, en lugar de elegir lo que sea y adivinar los valores R incorrectos para usar.

Un controlador de 50 ohmios con onda cuadrada de 5 V necesita al menos 10 veces el ancho de banda como frecuencia aplicada para tener el noveno armónico y poder generar la corriente para impulsar la carga Vp/R+ CdV/dt (capacitancia de carga).

Entonces sospecho que el LM348 no es una buena opción.

En el futuro, especifique la velocidad de respuesta de salida requerida, el voltaje y la impedancia de carga. Luego considere BW, corriente de accionamiento, resistencia de carga y capacitancia del cable en su diseño. (por ejemplo, 100pF/m )