Daß mit zunehmender Verstärkung einer OpAmp-Schaltung deren Bandbreite abnimmt ist Fakt, aber warum ist das so?
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Das ist ja auch nicht so. Oder hast du bis jetzt nur mit spannungsrückgekoppelten OpAmps und nie mit stromrückgekoppelten OpAmps gearbeitet?
Bei OpAmps hat das herstellungstechnische Gründe - es wird künstlich eine Polstelle eingefügt, die um einen Sicherheitsfaktor kleiner gewählt wird als die der an der Verstäkrung beteiligten Transistoren. Damit streut das fertige Produkt nicht mehr stark.
Im Wesentlichen geht es dabei um die begrenzte Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsstufe.
i-Troll (c) schrieb: > Im Wesentlichen geht es dabei um die begrenzte Anstiegsgeschwindigkeit > der Ausgangsstufe. nein. die slew-rate kommt von der bandbreiten-begrenzung VOR der ausgangsstufe. könnte der eigentliche differenzverstärker schneller steigen als die ausgangsstufe, würde jeder opamp immer schwingen.
Such dir einen Opamp-Grundtyp aus (wie John geschrieben hat, gibt es ja mehrere davon), nimm ein vereinfachtes Modell davon (für einen VFB-Typ ist das ein Tiefpass 1. Ordnung), bastle ein Gegenkopplungsnetzwerk (im einfachsten Fall aus zwei Widerständen) zur Einstellung der Verstärkung drumherum und berechne die Übertragungsfunktion der Gesamtschaltung. Damit hast du den ungefähren Zusammenhang zwischen Verstärkung und Bandbreite.
Ich meine spannungsrückgekoppelten OpAmps - daß es auch stromrückgekoppelte gibt, die sich in dieser Beziehung anders verhalten, habe ich zumindest schon gelesen. Kann man den Mechanismus etwa so in Worte fassen: - irgendwo in der Schaltung des OpAmps sitzt ein Bauteil, das die Spannungsanstieggeschwindigkeit der gesamten Schaltung begrenzt. - Eine Verdopplung der Verstärkung erfordert doppelte Anstiegs- geschwindigkeit, - ebenso eine Verdopplung der Frequenz des Signals Daraus folgt, daß das Produkt aus Verstärkung und maximaler Signalfrequenz konstant ist - die Sache läuft auf einer Hyperbel.
Mal ganz einfach und salopp gesagt: Ein Opamp ist (in dieser Hinsicht) ein Tiefpass mit hoher Verstärkung. Tiefpass ist ja frequenzabhängige Spannungsteilung an einem RC. Der C-Anteil sind die unvermeidlichen Kapazitäten auf dem Chip. Diese Kapazitäten müssen ja umgeladen werden und ab einer bestimmten Frequenz gelingt das nicht mehr vollständig. Yalu X. schrieb: > ein Tiefpass 1. Ordnung bedeutet: 20dB Verstärkungsabfall pro Dekade. 20dB sind Faktor 10. Bei 10-facher Frequenz also Faktor 10 Verstärkungsabfall. Mal angenommen, dieser Tiefpass mit Verstärkung hat eine fg von 100Hz und bis zu diesen 100Hz eine Verstärkung von 100.000-fach. Eine Dekade weiter, bei 1kHz, hat er 20dB weniger, also 10.000. Eine weitere Dekade weiter, bei 10kHz, wieder 20dB weniger, also 1.000. Bei 100kHz dann 100, bei 1MHz 10 und bei 10MHz dann Verstärkung 1. Das Produkt aus Frequenz und Verstärkung ist ja immer gleich. Man nennt es daher auch: Gain Bandwith Product: GBP
> Daß mit zunehmender Verstärkung einer OpAmp-Schaltung deren Bandbreite > abnimmt ist Fakt, aber warum ist das so? Ein OPV besteht aus einer Anzahl Verstärkerstufen, die jeweils einen Tiefpass darstellen. Wenn man so ein Gebilde gegenkoppelt, um durch das Gegenkopplungsnetztwerk definierte Eigenschaften zu erhalten, ergibt sich irgendwann ein Punkt, an dem infolge der Phasendrehung durch die Tiefpässe, die Gegenkopplung in eine Mitkopplung übergeht. Damit dies nicht von unkontrollierbaren Dingen abhängt (Bauteiltoleranzen, Temperatur...) und die Phasendrehung im Bereich der Schleifenverstärkung >1 nicht auf 180° steigt (Schwingbedingung), versieht man den OPV an geeigneter Stelle mit einer Zwangskorrektur durch einen Kondensator (oder auch zusätzliche Pol-Nullstelle-Glieder (fieser Trick um größere Bandbreiten zu erreichen)). Diese Korrektur ist nicht unbedingt nachteilig, sondern kann sogar zu steigender Bandbreite führen (z.B. Polsplitting beim 741). Auf jeden Fall erhält man durch diese Korrektur einen ab einer bestimmten Frequenz gleichmäßig abfallenden Frequenzgang, also eine Verstärkung, die umgekehrt proportional zur Frequenz ist. Damit ist in diesem Bereich das Produkt aus Frequenz und Verstärkung konstant. Die Phasenderhung in diesem Bereich ist konstant 90° so dass man das Gebilde noch gegenkoppeln kann. Die SlewRate hat mit diesen Zusammenhängen nichts zu tun. Der Grund für die Korrektur und den Frequenzgang ist allein die Phasendrehung durch das Tiefpassverhalten.
Uhu Uhuhu schrieb: > Kann man den Mechanismus etwa so in Worte fassen: > - irgendwo in der Schaltung des OpAmps sitzt ein Bauteil, das die > Spannungsanstieggeschwindigkeit der gesamten Schaltung begrenzt. Ja. Allermeistens ein Kondensator in Gegenkopplung. > - Eine Verdopplung der Verstärkung erfordert doppelte Anstiegs- > geschwindigkeit, Ja. > - ebenso eine Verdopplung der Frequenz des Signals Ja. > Daraus folgt, daß das Produkt aus Verstärkung und maximaler > Signalfrequenz konstant ist - die Sache läuft auf einer Hyperbel. Ja. In der Literatur meistens als Gerade auf einer logarithmischen Skala dargestellt.
Michael H. schrieb: > Ja. Allermeistens ein Kondensator in Gegenkopplung. Der ist aber nicht die eigentliche Ursache, sondern nur eine Vorkehrung, um den wirklichen Flaschenhals nicht in ungesunde Zustände zu bringen.
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