Heute bin ich auf ein Problem mit der Anstiegsrate des Operationsverstärkers gestoßen, als ich mit einem Design gespielt habe, bei dem ein Operationsverstärker viel Zeit mit Sättigung verbringt, nur um gelegentlich "herunterzufahren" und den Ausgang zu regulieren.
(Ich simuliere dies mit LTspice, und die Operationsverstärker werden etwas willkürlich ausgewählt, aber es sollte die Frage nicht beeinflussen.)
Hintergrund
Ich wollte die Anstiegsrate erhöhen, um die Zeit zu minimieren, die für das Verlassen der Sättigung und den Aktivierungsmodus aufgewendet wurde. Als ich jedoch den langsameren LT1013 durch ein Modell des TL074 ersetzte, wurde die Anstiegsgeschwindigkeit erhöht Die Rate meines Signals stieg nicht wesentlich an. Selbst wenn die positiven und negativen Eingänge des TL074 deutlich mindestens 50 mV voneinander entfernt waren, erreichte er nicht die volle Geschwindigkeit. Dies ist viel mehr als die maximale Eingangsspannungsdifferenz. Ich habe auch überprüft, dass es nicht durch den Ausgangsstrom begrenzt ist, aber nichts dort.
Lösung?
Nach vielen Kopfkratzern stelle ich fest, dass dies daran liegt, dass die Eingänge nicht weit genug voneinander entfernt sind. Nachdem ich diesen Effekt noch nie zuvor gesehen oder zumindest nicht zu viel darüber nachgedacht hatte, ging ich davon aus, dass der Operationsverstärker sein Bestes geben wird, um den Ausgang zu ändern, solange die Eingänge einigermaßen unterschiedlich sind.
Ich erinnere mich auch daran, dass ich in The Art of Electronics etwas darüber gelesen habe, und als ich es nachgeschlagen habe, ist dies so ziemlich alles, was es zu diesem Thema zu sagen hat:
5.8.1 Anstiegsgeschwindigkeit: Allgemeine Überlegungen
... Eine zweite Konsequenz lässt sich am besten anhand eines Diagramms der Anstiegsgeschwindigkeit gegenüber dem Differenzeingangssignal erklären (Abbildung 5.12). Hierbei ist zu beachten, dass eine Schaltung, die eine erhebliche Anstiegsgeschwindigkeit erfordert, mit einem erheblichen Spannungsfehler an den Eingangsanschlüssen des Operationsverstärkers arbeiten muss.
Abbildung 5.12. Eine erhebliche differentielle Eingangsspannung ist erforderlich, um die volle Anstiegsrate des Operationsverstärkers zu erzeugen, wie in diesen gemessenen Daten gezeigt. Bei Operationsverstärkern mit BJT-Eingang sind ca. 60 mV erforderlich, um die volle Anstiegsgeschwindigkeit zu erreichen. für JFETs und MOSFETs ist es eher wie ein Volt.
Bingo. TL074 ist ein Operationsverstärker mit JFET-Eingang. Ich habe meine Schaltkreise angepasst, um eine höhere Differenzspannung zu erhalten, und das hat das unmittelbare Problem gelöst. Eine separate Simulation ergab ähnliche Ergebnisse wie diese Abbildung und zeigte, dass die Modelle in LTspice zumindest einigermaßen realitätsgetreu sind.
Die erhöhte Differenzspannung verursacht jedoch andere Probleme, die ich vermeiden möchte.
Frage
... oder mehrere verwandte Fragen. Ich suche nicht unbedingt nach Antworten auf jede von ihnen, sondern vielleicht eher nach einer allgemeinen Erklärung.
- Hängt dieser Effekt von etwas anderem als der JFET / BJT-Eingangsstufe ab?
- Gibt es Eingangsstufen, bei denen eine noch niedrigere differentielle Eingangsspannung zur maximalen Anstiegsgeschwindigkeit führt? Vielleicht eine Art Hybrid?
- Auch wenn es nur zwei Typen gibt, haben verschiedene Operationsverstärker desselben Typs (z. B. BJT) unterschiedliche Pegel?
- ... wenn ja, ist dies aus dem Datenblatt ersichtlich?
Ich konnte im TL074-Datenblatt nichts dazu finden, aber das ist natürlich nur eine einzige Stichprobe.
Etwas verwandt, gibt es eine gemeinsame Lösung, oder würde ich hier stattdessen nach Komparatoren suchen? Ich könnte im endgültigen Design mit einer Art Komparator arbeiten, aber ich finde dieses Problem immer noch interessant.
