Actualmente estoy estudiando el concepto de slew rate y todo lo que leo o veo no lo entiendo del todo. Esperaba que alguien pudiera explicarlo como si estuviera enseñando a un niño. Otra pregunta que tenía es para el diseño de amplificadores operacionales: ¿Queremos generalmente una tasa de giro alta o baja? y ¿por qué? (Sé que es un concepto básico pero por alguna razón no puedo entenderlo).
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
Bien, lo intentaré. Dentro de un op-amp hay un condensador de compensación, normalmente en la etapa después del par diferencial.
Este condensador se carga y descarga mediante una fuente de corriente. Esta fuente de corriente tiene una cantidad finita de corriente disponible para cargar y descargar el condensador. Es decir, se satura a un valor máximo de corriente.
Cuando se produce esa saturación debido a una señal de cambio rápido en la entrada del amplificador, éste ya no se comporta de forma lineal, sino que "gira" a una velocidad definida por el tapón de compensación y la corriente de carga/descarga máxima disponible. dv/dt = I/C.
Esto significa que, por ejemplo, cuando una gran onda sinusoidal provoca una limitación de la velocidad de giro o una distorsión, el seno empieza a parecerse a un triángulo debido a la corriente constante que carga la tapa.
Normalmente, un slew rate más alto es mejor, pero si tus señales son tales que no entras en la distorsión del slew rate, entonces un amplificador menos caro podría ser la mejor opción.
Aquí es una buena discusión sobre la velocidad de giro.
Mark
Puntos
1998
La velocidad de giro es una de esas cosas que existen porque no vivimos en un mundo ideal. En tus primeros años de educación electrónica podías ignorar el slew rate, pero ahora que empiezas a profundizar un poco, algunas de las cosas desagradables del "mundo real" empiezan a aparecer. La velocidad de giro es una de esas cosas.
Si pensamos en una configuración simple de op-amp: podemos pensar en un circuito de op-amp en bucle abierto (que es básicamente un comparador), o incluso en un simple seguidor de tensión. En la configuración de bucle abierto, la salida se moverá a uno de los carriles: el carril positivo si la entrada + es más positiva que la entrada -, y el carril negativo para la condición opuesta. En el caso del seguidor de tensión, la salida seguirá a la entrada. Si las condiciones de entrada cambian repentinamente, ¿cuánto tiempo tarda el amplificador óptico en cambiar su salida al nuevo nivel? En el mundo ideal, es instantáneo. Sin embargo, el op-amp es un dispositivo electrónico y tiene limitaciones; una de ellas es la rapidez con la que puede mover su salida. La velocidad con la que la salida puede cambiar se llama slew rate y se suele medir en V/us alguna escala similar. Personalmente he visto V/us y kV/s, dependiendo de la edad de la tecnología.
La hoja de datos de un amplificador óptico suele indicar la velocidad de giro en sus características de CA o de conmutación. Busqué rápidamente un antiguo op-amp, el uA741; tiene una velocidad de giro de ganancia unitaria de 0,5V/us. Esto significa que si (en el ejemplo de configuración del seguidor de tensión) la entrada se mueve de 1V a 3V instantáneamente, la salida tardará 4us en reflejar ese cambio. Si vieras esto en un osciloscopio, la entrada se vería como un único "paso" de 1V a 3V, y la salida haría una rampa lineal de 1V a 3V en el transcurso de 4us. Si hacemos lo mismo con un OPA855 que tiene un producto de ganancia-ancho de banda de 8GHz, su slew rate es de 2750V/us; el mismo cambio de entrada en la misma configuración mostraría una salida que cambiara instantáneamente con la entrada (hasta que su velocidad de conmutación se acercara a los 100ps, eso sí).
¿Qué determina la velocidad de giro de un op-amp (o de cualquier circuito conductor de salida)? Principalmente es un producto de la cantidad de corriente que la etapa de salida puede absorber o generar en la carga, pero la construcción interna de la etapa de control también afecta a esto.
¿Qué es mejor, una velocidad de giro rápida o lenta? Eso depende totalmente de la aplicación. Hay muchos aplicaciones en las que la velocidad de giro de un conductor se ralentiza intencionadamente, especialmente en los sistemas digitales. Esto se debe a que cuanto más rápido pueda pasar de un estado a otro, más contenido armónico tendrá su forma de onda de salida, y más fácil será que irradie, causando potencialmente EMI o RFI. Hay otros elementos en juego aquí, pero si ralentiza la velocidad de giro (generalmente limitando la corriente instantánea disponible), reducirá el contenido armónico de su salida. Además, las cargas capacitivas pueden hacer que un amplificador óptico oscile, lo que suele ser indeseable.
Si se trata de señales de alta frecuencia, tendrá que reproducir fielmente esas señales (piense en cualquier aplicación de amplificación: quiere que la salida sea más fuerte que la entrada, pero generalmente no cambia nada). Para poder reproducir una señal con muchos cambios rápidos en ella, tienes que ser capaz de hacer que tu salida se mueva rápidamente, y eso requiere corriente. Si la cosa que estás manejando tiene mucha capacitancia (piensa en cables largos) entonces necesitarás aún más corriente o no podrás cargar y descargar la capacitancia distribuida en esos cables lo suficientemente rápido como para reproducir fielmente la señal de entrada.
