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理解运算放大器的转换速率和如何测量和计算它为您的设计

理解运算放大器的转换速率
理解运算放大器的转换速率

理想的OP-AMP是一个带有无限输入阻抗,零输出阻抗和无限带宽的电压放大器。然而,在现实世界中,这些参数受到半导体制造,温度效果的小缺陷的限制。

有一个参数忽略了很多,但在上面的方面脱颖而出,这是转换率。它不是寄生效应,而是故意减缓OP-AMP以确保稳定性。

在本文中,我们将学习关于运算放大器的转换速率,它来自哪里,我们也将对经典进行一些计算741运放

摆锤 - 定义

转换率的含义基本上是指OP-AMP能够响应于输入的变化而更快地改变其输出电压的速度。

压摆率通常以每单位时间的伏特为单位测量,更常见于每微秒的伏或v /μs。理想的Op-AMP具有无限的转换速率,这意味着它可以随时改变输入的任何变化。

下面给出的图表显示了响应于步进输入的OP-AMP的输出。

运算放大器转换速率

图中清楚地显示了运放有一个有限的上升时间,其中电压随时间线性增加。输出电压相对于时间的斜率就是回转率。

为什么我们在OP-AMPS中有压摆率?

通过使用补偿电容,输出摆幅被有意地限制在运放中,以确保稳定性,从而限制了输出摆幅率。

下面给出的图显示了具有补偿和未补偿的OP-AMP的效果。

OP-AMPS的转换率

尽管无补偿运算放大器速度更快,但由于边缘的快速上升和下降,仍然存在振铃现象,这可能导致稳定性问题。

补偿通过添加一个米勒电容器到运算放大器的驱动级。

LM741运放内部电路

在上图中,补偿电容为C1,其值较小,为30pF。它被放置在输出晶体管驱动器的输入和输出之间。这可以简化为下图。

运算放大器简化补偿原理图

这里,在基极和集电极之间加一个电容器。这种电容有时被称为米勒电容,因为它类似于寄生米勒电容之间的基极和集电极的BJT晶体管。

随着输入升起,收集器上的输出开始落下。这在电容器上产生电压差,电流开始流过它。

下面是关于电容器的电压、电流、电容和时间的简单公式:

I / C = DV / DT

我们可以理解电容器两端的电压以线性方式增加。在输出中看到该电压,看起来像斜坡波形。当输入改变和输出转换速率通过补偿电容和驱动电流的电容确定时,这防止了输出突然改变。这种基本原理用于补偿几乎所有的OP-AMP。

为什么Op-AMPS摆锤限制?

适用于OP-AMPS的最重要的原因是稳定性。当输出相移高于180度时,放大器具有足够高的增益,在输出相移高于180度时可以振荡。

高压摆率意味着信号包含高频分量,这可能导致问题。补偿电容低通滤波器这些高频分量,结果输出转换速率降低。

如何计算OP-AMP的拆卸速率?

有两种方式可以跟随压摆率测量.第一种方法是用示波器和下列方法测量输出摆动转换速率公式计算转换速率:

摆锤=(v一世- - - - - - VF) / (t一世- tF

其中五一世是初始电压,vF最终电压是t吗一世是测量初始电压的时间,和tF为最终电压测量的时间。这转换率单位总是给出每微秒的伏特。使用示波器和光标,可以轻松完成此方法。

现在,如果我们为理想的OP-AMP应用相同的公式,时间延迟(T一世- tF)将为零,因此旋转率将为无穷大。所以,理论上理想的OP-AMP的转换率将永远是无限的。

通常,初始电压被认为是最大值的10%,而最终电压是最大值的90%,因为这是作为上升时间测量的公共范围。转换速率的值总是在各自运算放大器的数据表中给出。

IC 741 OP-AMP的转换速率 - 示例计算

LM741是一个经典的OP-AMP,已经存在很长时间,并且是这个例子的完美标本。在每个OP-AMP数据表中,人们可以找到大信号输出响应的曲线图。

LM741大信号响应图

在该图中,清楚地看出,输出电压用固定斜率回转。

采用下降沿,从70μs开始,以90μs结束,这使得为20μs的时间差,电压摆动(从-5V到+ 5V)和使用上述公式,我们得到了转换速率为0.5V /μs,其对应于数据表中所述的值。

定义了转换率,解释了转换率产生的原因,并以LM741运放为例进行了计算。

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