A partir de este artículo de la NASA en la figura 5, se puede ver que el ancho de banda del amplificador operacional disminuye a medida que la temperatura disminuye.. ¿Cuál es el mecanismo que provoca la caída en el ancho de banda porque a medida que la temperatura disminuye la capacidad parásita disminuye por lo que esto parece contra-intuitivo?
Figura 5:
"Efecto de la Temperatura Extrema de los ciclos Térmicos de 8-Pin de Plástico Dip Paquete ... OP181GP ..." Es un artículo raro. Se podría pensar que el foco está en latente efectos de los ciclos térmicos y de operación a partir de entonces. Pero no, está más preocupada con la operación de un grado industrial OpAmp a temperaturas tan altas como 90C y tan bajas como-185C. 90C no es que lejos de los límites de temperatura de funcionamiento de 85 C a 45 ° C, pero -185C o sobre 88K está fuera de la gama. 88K es criogénico, la temperatura a la cual el líquido de Argón empiece a hervir.
El OP181 es un Bi CMOS micro de alimentación de la parte que ha sido discontinuado por los Dispositivos Analógicos (así que si quieres un vistazo a la hoja de datos, no se demora). Dispone de carril a carril de salida y 4uA de suministro de corriente. Ganancia ancho de banda del producto es 95kHz con una velocidad de respuesta de 28V/mseg.
Por qué este OpAmp puede perder una década de ancho de banda mientras se opera en un charco de ebullición de Argón, así que echemos un punto de crudo mirada. Cualquier análisis más detallado sería más allá de la información a la mano, y como mucho real de trabajo a seguir.
Velocidad de respuesta es crucial limitador de este OpAmp. Todas las pruebas en el artículo se realiza con una configuración de amplificador inversor (100kOhm resistencias) y sinusoidal de la tensión de entrada de 1V pico. Estos son grandes señal de pruebas, y en estos niveles de la señal, el amplificador se mató a una tasa limitada de frecuencias por encima de unos 4,5 kHz.
Las posibles Causas de la Pérdida de ancho de Banda / Velocidad de respuesta
Primero tenemos que mirar a los parámetros con los mayores coeficientes térmicos (\$\alpha \$). Que las hojas de la capacitancia de inmediato ya que las tapas en ICs, especialmente los utilizados para Miller compensación son bastante buenos teniendo \$\alpha \$ de los cerca de 50 ppm. Con una caída en la temperatura de 212 K eso es sólo una pérdida de alrededor de 1% de la capacitancia. Nada de que preocuparse.
¿Qué' s la izquierda? Ya que es BiCMOS y micro de energía habrá BJTs, CMOS FETs, y algunos de alto valor de las resistencias. Coeficientes de temperatura en el ICs para grandes resistencias (en el 100 kOhms) tienden a ser grandes (~5000 ppm). FET trasnconductancia (\$g_ {\text {fs}}\$) tiene un gran negativo dependencia de la temperatura. Importante, ya que \$g_ {\text {fs}}\$ multiplica el efecto de la Miller comentarios condensador (\$C_f\$). Mirando el esquema simplificado de la figura 32) en la hoja de datos vemos 2 BJTs pero la mayoría de la CMOS.
La etapa de entrada es un aspecto sencillo PNP diff amperio, mientras que la salida es una Clase AB amplificador de fuente común. Baja temperatura de operación reduciría el valor de coleccionista de resistencia (\$R_c\$) causando la pérdida de ganancia en la etapa de entrada, y aumentar \$g_ {\text {fs}}\$ en la etapa de salida multiplicando el tamaño de \$C_f\$, la combinación de estos reduciría la velocidad de respuesta. Al menos esa es la hipótesis.
Es La Hipótesis De La Verdad?
Comenzando con la respuesta para aquellos de ustedes que no pueden esperar o simplemente no quieren leer, sí parece ser cierto. Un modelo del circuito en que el artículo fue escrito y ejecutar con temp set de parámetros a 300K. Luego de la etapa de salida \$g_ {\text {fs}}\$ y diff amperio \$R_c\$ valores fueron alterados para 88K y vuelva a ejecutar.
La comparación de estas parcelas (con el Vin de 1kHz y 1Vpk) a la del artículo (Figura 9a) muestra una gran semejanza. Parece que el OP181 jala mejor que (ninguna sorpresa), mientras que el modelo es simétrico. Ninguna de las carreras fueron hechas con 10kHz desde el OpAmp es ya mató a una tasa limitada de allí, y los efectos de la temperatura no son tan drásticos.
Análisis
Ya que no se sabe mucho de los detalles del circuito, especialmente en la parte central y fuentes de corriente, este análisis se refiere a la diff amperio de salida y aplicaciones, y asume los cambios térmicos de los demás bits son insignificantes. También hay una ESPECIA de modelo al final de la hoja de datos que proporciona buena información acerca de alguna parte de las magnitudes y de escala.
Aumento de los diferenciales aplicaciones etapa de la escala directamente con \$R_c\$ (colector de resistencia, que aquí se ~500kOhm). Así, una caída en \$R_c\$ con la temperatura se reduzca la ganancia por la misma cantidad. Si \ $R_c\$ \ $\alpha \$ de 5000 ppm (acerca de lo que se vería en una p-bien resistor), la ganancia habría una temperatura de dependencia como:
\$e^{\alpha \left(T-T_o\right)}\$ = \$e^{0.005 (88-300)}\$ = 0.35
o una pérdida de ~9 db de ganancia para un 212K el descenso de la temperatura. La ganancia sería bastante insensible a \ $\beta \$ \ $V_{\text{be}}\$ cambios, por lo que los parámetros no serán considerados.
Las cosas son más complicadas para la etapa de salida. El factor dominante aquí se debe cambiar a \$g_ {\text {fs}}\$, que tiene un negativo \$\alpha \$. Cambio de \$g_ {\text {fs}}\$ le sigue la movilidad como:
\$\left(\frac{T}{T_o}\right)^{-1.5}\$ = \$\left(\frac{88}{300}\right)^{-1.5}\$ = 6.3
Así, \$g_ {\text {fs}}\$ sería previsible un aumento por un factor de alrededor de 6 por una disminución de la temperatura de 212K. ¿Qué significa eso para la etapa de ganancia y Miller ubicación de polos? Para responder a eso, algunos consideración ha de ser dado el controlador o interfaz entre el diff amperio de salida y aplicaciones. Interfaz común de puerta de etapa, alimentados directamente desde el diff amperio. Eso significa que tiene una alta impedancia de salida (\$R_{\text{mid}}\$) y algunos ganancia de voltaje, pero actual en la interfaz no puede ser mayor que la de la diff amperio (~1uA). Aproximadamente, la interfaz de trasnconductancia (\$g_ {\text {mid}}\$) sería menor que ~1uA/V, y \$R_{\text{mid}}\$ sería mayor que ~10MOhms. (Tenga en cuenta que estos límites se utilizaron como valores de partida en el modelo y se itera para sintonizar la velocidad de respuesta. Los valores finales fueron .4uA/V y 60MOhms, que estaban muy cerca de la ESPECIA áspero equivalentes.) \$R_{\text{mid}}\$ sería un sintético o activo de la resistencia. DC Ganancia del circuito de interfaz combinada con la salida de aplicaciones sería:
\$A_{\text{vo}}\$ ~ -\$g_ {\text {mid}}\$ \$R_{\text{mid}}\$ \$g_ {\text {fs}}\$ \$R_L\$
con el Molinero polo en:
\$F_m\$ ~ \$\frac{1}{2 \pi C_f g_{\text{fs}} R_L R_{\text{mid}}}\$ Hz
Lo que significa que en 88K \$A_{\text{vo}}\$ aumenta por un factor de 6 o 15 db, y \$F_m\$ disminuiría por un factor de 6 o ~ 2.6 octavas.
La Despedida De Disparos
El análisis puso de relieve dos cosas que eran bastante interesante, aunque tal vez debería haber sido obvio.
Ganancia perdido en el diff amperio fue un poco más que compensada por el aumento de la ganancia en la salida del amplificador a frecuencias por debajo de \$F_m\$, pero en general la ganancia ancho de banda se reduce aún por ~2 octavas por la recesión de \$F_m\$.
Velocidad de respuesta se lleva un golpe doble. Ganancia perdido en el diff aplicaciones de la etapa de reducción de velocidad de respuesta a 1/3 de la cantidad especificada. Aumento de \$g_ {\text {fs}}\$ en la salida de aplicaciones de reducción de velocidad de respuesta a los 4/7 de la especificada. Estos efectos en cascada, velocidad de respuesta en 88K terminó siendo 5.3 V/mseg.
Editar sobre CUNAS:
Esto es realmente cómico. Mientras que la búsqueda de Dispositivos Analógicos sitio web por algo no relacionado, corrió a través de este comunicado de prensa acerca de las CUNAS. Aquí está una cita: "no Hay razón para creer que ADI comerciales, industriales y de grado de las piezas han sido recomendados por terceros para su uso en aplicaciones militares y espaciales que excedan de su hoja de datos de parámetros." Así, se parece a la IDA es en la NASA.
Este artículo explica que, "En general, los transistores bipolares no operar a temperaturas tan bajas debido a la drástica caída en la densidad de portadores".
Ahora, cuando la fabricación de un Amplificador Operacional que se realiza en un desnudo de morir y luego se envasa. Obviamente un amplificador OPERACIONAL básico de la topología es todavía de elementos básicos (es decir, resistencias). Así que si usted busca en la hoja de datos de cualquier amplificador operacional verá que el ancho de banda depende de un conjunto de resistencias. Si el estado físico de las resistencias de cambio,entonces el ancho de banda total de cambios (Lee esto).
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