Oggi mi sono imbattuto in un problema con la velocità di variazione dell'amplificatore operazionale giocando con un design in cui un amplificatore operazionale trascorre molto tempo in saturazione, solo per "abbassarsi" occasionalmente e regolare l'uscita.
(Sto simulando questo usando LTspice e gli amplificatori operazionali sono scelti in qualche modo arbitrariamente ma non dovrebbero influire sulla domanda.)
Sfondo
Volevo aumentare la velocità di risposta per ridurre al minimo il tempo impiegato per uscire dalla saturazione ed entrare nella modalità attiva, ma quando ho sostituito il più lento LT1013 con un modello del TL074, la rotazione la velocità del mio segnale non è aumentata in modo sostanziale. Anche quando gli ingressi positivo e negativo del TL074 erano chiaramente distanti almeno 50 mV, non raggiungeva la piena velocità. Questo è molto più della massima differenza di tensione in ingresso. Ho anche verificato che non fosse limitato dalla corrente di uscita, ma da niente.
Soluzione?
Dopo un sacco di grattacapi mi rendo conto che ciò è dovuto al fatto che gli input non sono abbastanza distanti . Non avendo mai visto questo effetto prima, o almeno non ci ho pensato troppo, ho pensato che fintanto che gli ingressi sono ragionevolmente diversi, l'amplificatore operazionale farà del suo meglio per cambiare l'uscita.
Ricordo anche di aver letto qualcosa su questo argomento in The Art of Electronics, e quando l'ho cercato, questo è praticamente tutto ciò che ha da dire sull'argomento:
5.8.1 Velocità di rotazione: considerazioni generali
... Una seconda conseguenza è meglio spiegata con l'aiuto di un grafico della velocità di risposta rispetto al segnale di ingresso differenziale (Figura 5.12). Il punto da sottolineare qui è che un circuito che richiede una velocità di variazione sostanziale deve funzionare con un errore di tensione sostanziale attraverso i terminali di ingresso dell'amplificatore operazionale.
Figura 5.12. È necessaria una sostanziale tensione di ingresso differenziale per produrre la velocità di variazione completa dell'amplificatore operazionale, come mostrato in questi dati misurati. Per gli amplificatori operazionali con ingresso BJT sono necessari ∼60mV per raggiungere la velocità di risposta completa; per JFET e MOSFET è più simile a un volt.
Bingo. TL074 è un amplificatore operazionale con ingresso JFET. Ho regolato i miei circuiti per ottenere una tensione differenziale più alta e questo ha risolto il problema immediato. Una simulazione separata mi ha fornito risultati simili a questa figura, dimostrando che i modelli in LTspice sono almeno ragionevolmente fedeli alla realtà.
Tuttavia, l'aumento della tensione differenziale causa altri problemi, che vorrei evitare.
Domanda
... o diverse domande correlate. Non cerco necessariamente una risposta a ciascuna di esse, ma forse una spiegazione più generale.
- Questo effetto dipende da qualcos'altro oltre allo stadio di input JFET / BJT?
- Esistono stadi di ingresso in cui una tensione di ingresso differenziale ancora più bassa porta alla velocità di risposta massima? Forse una sorta di ibrido?
- Anche se esistono solo due tipi, amplificatori operazionali diversi dello stesso tipo (ad esempio BJT) hanno livelli diversi?
- ... se sì, è possibile dedurlo dal datasheet?
Non sono riuscito a trovare nulla al riguardo nella scheda tecnica TL074, ma ovviamente si tratta solo di un singolo campione.
Un po 'correlato, esiste una soluzione comune o è qui che inizierei a guardare i comparatori? Potrei optare per una sorta di comparatore nel progetto finale, ma trovo comunque questo problema interessante.
