Prodotto con larghezza di banda di guadagno dell'amplificatore operazionale

Ho avuto questa domanda per un po '.

Supponiamo di avere un amplificatore operazionale altrimenti perfetto con un prodotto a larghezza di banda di guadagno di 5 MHz. Immetti un segnale di 50mVp-p e lo amplifichi di 10x. Ciò limita la larghezza di banda a 500 kHz. Ora, supponiamo di impilare un altro op-amp sull'uscita e configurarlo come un amplificatore 10x. La larghezza di banda complessiva è di 500 kHz ma l'amplificazione è stata di 100x, quindi il GBWP è di 50 MHz. Dov'è il difetto in questa logica?

La tua logica è sana. Più opamp significa più guadagno per una data larghezza di banda.

Gli amplificatori operazionali compensati sono realizzati con un singolo polo dominante, quindi il prodotto guadagno / larghezza di banda è costante. Se questo non funziona per la tua applicazione, usa un amplificatore scompensato e fai tu stesso la rete di compensazione.

Il prodotto della larghezza di banda di guadagno ha significato solo con un amplificatore operazionale: quando moltiplichi il guadagno e la larghezza di banda, ottieni una costante a causa del modo in cui l'amplificatore operazionale viene compensato internamente.

Quando si dispone di più di uno stadio, il guadagno complessivo moltiplica la larghezza di banda complessiva non è costante, quindi un prodotto di larghezza di banda di guadagno complessivo non ha alcun significato.

Ma la tua analisi del guadagno complessivo e della larghezza di banda complessiva è corretta, o almeno per lo più corretta: non sarebbe 500kHz, sarebbe leggermente inferiore. La larghezza di banda viene di solito misurata in termini di un punto di -3 dB, quindi quando si collegano in cascata due stadi si ottiene -6 dB a 500 kHz, e quindi il punto di -3 dB è da qualche parte inferiore a quello, probabilmente nell'intervallo 400-450 kHz.

Sarei in paradiso se questo fosse vero. Siamo spiacenti, ma le altre risposte sono entrambe sbagliate. Non è possibile moltiplicare i GBP degli amplificatori operazionali (e gli stadi degli amplificatori in generale) perché il guadagno dell'amplificatore operazionale è pari al GBP specificato.

La larghezza di banda effettiva degli amplificatori in cascata è limitata dall'amplificatore con la larghezza di banda più piccola. (E non deve essere quello con il GBP più piccolo.)

Saluti

Quando hai un singolo amplificatore operazionale, avrai un solo polo alla frequenza di interruzione e la tensione di uscita scenderà a 6 dB / ottava, ma quando hai due amplificatori operazionali, hai due poli alla frequenza di interruzione (frequenza di interruzione di un singolo amplificatore operazionale, che abbiamo assunto lo stesso per entrambi gli amplificatori operazionali) e la tensione di uscita sarà quindi pari a 12 dB / ottava (poiché le funzioni di trasferimento si moltiplicano), il che significa che il sistema raggiungerà prima la frequenza di interruzione complessiva ( visto dal punto in cui inizia a decollare) rispetto a un singolo amplificatore operazionale.

Più precisamente a f3dB_overall = f3db * sqrt (2 ^ (1/2) - 1) ~ = 0.64fd3B, dove f3dB è la frequenza di interruzione comune per ogni singolo amplificatore operazionale.

Più in generale, per n amplificatori operazionali in cascata, f3dB_overall = f3db * sqrt (2 ^ (1 / n) - 1).

Inoltre, come indicano i markrages, per aggirare questo problema è possibile utilizzare amplificatori operazionali non compensati e aggiungere da soli il condensatore di compensazione su tutta la cascata.

Proverò a rispondere per rispondere in modo semplice. Quando passiamo in cascata ai sistemi, il suo guadagno verrà moltiplicato nel dominio della frequenza. Supponiamo che il guadagno massimo del sistema sia 1. Quindi la sua frequenza 3db è '.707'. Chiamiamo questa frequenza F 'che è la frequenza di taglio del sistema.

Controlliamo il valore del guadagno su F 'per il sistema in cascata. Questo è dove diventa interessante. Per il sistema in cascata il guadagno su F 'sarà .707 × .707 = 0.499. Quindi F 'non è la frequenza di taglio del sistema in cascata. Quindi le nuove frequenze di taglio si sono spostate dal vecchio valore e la nuova larghezza di banda sarà inferiore a quella precedente. Ho provato a illustrarlo nel disegno sopra. Spero che otterrai il mio punto.

La tua logica è perfettamente corretta! così è l'output. L'unica cosa che devi ricordare è che una volta in cascata il guadagno si moltiplica ma non la risposta in frequenza. Quindi nel tuo caso la larghezza di banda del guadagno di entrambi gli amplificatori operazionali in cascata sarebbe guadagno1 * guadagno2 * frequenza (il più piccolo dei due)

quindi la risposta sarebbe 10 * 10 * 500khz = 50MHz che è perfettamente corretta.

Non si ottiene più larghezza di banda collegando a cascata questi amplificatori. Ricorda, c'è una limitazione incombente di 5Mhz. Ottieni solo più della larghezza di banda 5Mhz esistente ad un dato guadagno.

C'è ancora un roll-off di guadagno nell'unità alla stessa frequenza, ma quel roll-off è più veloce, analogamente a come si ottiene roll-off più veloce quando si aggiungono più poli a un filtro. Quindi è come se stessi ottenendo una migliore approssimazione di un "muro di mattoni".

Alla frequenza in cui il guadagno ad anello aperto è unità, non è possibile ottenere più guadagno collegando a cascata gli amplificatori. Al di là di quella frequenza dove c'è meno del guadagno unitario, si ottiene meno guadagno collegando a cascata gli amplificatori.