Signaal vervorming cascade schakeling.

Goede avond,

Ik heb een vraag over deze opdracht.
(Opdracht https://prnt.sc/pteddz).

Dit is de bijbehorende schakeling (https://prnt.sc/ptefg8).
De totale versterking is 200.

Mijn vraag zit bij GB (Gain Bandwidth). De tweede op amp heeft een versterking van 10. Het binnenkomende signaal heeft een frequentie van 20KHz. De GB heeft een waarde van 2 * 10^5 Hz. Volgens de opdracht heeft de tweede op amp een maximale GB waarde van 10 MHz. Mijn vraag is wat zegt dit?

Betekent het dat de GB waarde maximaal 10MHz kan zijn? Zo ja, wat gebeurt er als de GB-waarde hoger is dan 10MHz? Treed er dan signaal vervorming op? Ik maak de aanname dat de GB waarde van de tweede op amp een waarde heeft tussen 0 en 10 MHz (waarbij geen signaalvervorming optreed).

Ik had nog een andere vraag over uitgangsstroom. Als de uitgangsstroom groter is dan 20 mA, treed er dan ook signaalvervorming op? Hier neem ik weer aan dat de uitgangsstroom een waarde heeft tussen 0 mA en 20 mA (waarbij geen signaalvervorming optreed).

Bij voorbaat dank voor het antwoord.

blackdog

Golden Member

Hi Jochem4,

Voor mij nu even te laat, maar morgen zal ik het een en ander hierover uitleggen.
Maar misschien is iemand mij dan al voor :-)

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Stel ik heb een versterker van 10x en die heeft een GB van 300 kHz.

Wat gebeurt er met een signaal van 10kHz, 20kHz, 40 kHz?

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

De Gain Bandwidth is constant in de frequentie gain response.

Een signaal van 10 KHz wordt versterkt met een versterkingsfactor van 30 (300 KHz / 10 KHz).
Een signaal van 20 KHz wordt versterkt met een versterkingsfactor van 15 (300 KHz / 20 KHz).
Een signaal van 40 KHz wordt versterkt met een versterkingsfactor van 7,5
(300 KHz / 40 KHz).

Nope. Niet goed. Zorgvuldig lezen. Hmm. Laat ik het iets zorgvuldiger formuleren.

Stel ik ben een versterker aan het maken. De versterker moet 10x gaan versterken en ik heb een opamp met een GB van 300 kHz. OK! Versterker is nu af en jij gaat hem testen.

Wat gebeurt er met een signaal van 10kHz, 20kHz, 40 kHz?

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Het signaal wordt met een factor 10 versterkt.
De amplitude van het signaal wordt (10 keer) groter.
De frequentie van het signaal blijft hetzelfde.

Voor alle drie de frequenties? Nee. Niet goed.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
blackdog

Golden Member

Hi Jochem4,

Hier wat info over de bandbreedte bij opamps.
Ik wil je er wel op wijzen dat het nog complexer is dan wat ik je nu ga vertellen, zo is het leven nu eenmaal. :-)

Het plaatje hieronder komt uit een datasheet van een beroemd IC voor audio teopassingen.
Deze heb ik gekozen omdat de GB van dit IC bij toepassing van de externe compensatie condensator van 22pF ook mooi 10MHZ is.
Dus we gaan voor deze uitleg alleen uit van de lijn waar 22pF bij staat.

Ik heb een vertikale lijn gezet bij ingeveer 20KHZ.
De oranje lijn geeft hier aan dat bij 20KHz er een maximale versterking mogelijk is van 103 wat 1000x is.
Dit is dus ruim meer dan de 20x die jij nodig zou hebben, bij die 20KHz heb je dan nog 50x aan versterking over.
Hoe meer versterking je over hebt, des te lager wordt de vervorming die de opamp heeft.
Dus als de frequentie van jouw signaal 100Hz zou zijn, dan is daar de versterking van de opamp 100.000x
Bij die 100Hz heb je dan 5000x versterking over, dat resulteerd bij deze opamp in een vervormings waarde bij een paar volt RMS aan de uitgang ruim beneden de 0,001% THD.
http://www.bramcam.nl/Diversen/NE5534a-GB-01.png

.
Dus hoe meer versterking je "over hebt" bij een bepaalde frequentie hoe lager bij die frequentie de vervorming zal zijn van je opamp.
Nu een van de vele "maren" :-) een opamp kan maar een bepaalde stroom leveren, de hele oude maar een paar mA en de hier aangegeven NE5534 rond de 30mA.
Hoe meer stroom de opamp moet gaan leveren hoe hoger de vervorming word, dus de vervorming is niet alleen afhankelijk van de frequentie van je signaal en de gain die je bij die frequentie "over" hebt, maar ook hoe zwaar de opamp belast wordt.

Er is nog een item dat sterk meespeeld wat betreft de vervorming en dat is de "Slew Rate" van de opamp dit kan zowel optreden aan de ingangstrap van de opamp
als ook in een van de andere versterker trapjes van de gebruikte opamp.

Het hieronder staande plaatje, geeft aan wat de maximale uitgangsspanning is bij welke frequentie en compensatie condensator, hier is "0pF" dus geen condensator,
22pF zoals in mijn eerdere voorbeeld en 47pF condensator.
Hoe hoger de waarde van de condensator hoe lager de Slew Rate van de versterker schakeling, met als gevolg dat de opamp steeds slechter grote signalen bij de hogere frequenties vervormingsarm kan verwerken.
Die snel dalende lijn geeft vaak het punt aan waar de vervorming ongeveer 1% is geworden.
http://www.bramcam.nl/Diversen/NE5534a-GB-02.png

.
En zo wordt de Slew Rate weergegeven in de datasheet
http://www.bramcam.nl/Diversen/NE5534a-GB-03.png

Ik hoop dat je wat verder komt met deze informatie, maar wat ik al eerder zij, het is nog een stuk complexer voor je als technicus weet of de schakeling die je hebt opgezet goed genoeg werkt.
Jouw schakeling zou ik anders opzetten om zo veel mogelijk uit die twee opamps te halen, maar dat valt vast buiten jouw opdracht :-)

Gegroet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Bij eerste plaatje is de schaal niet lineair,

blackdog

Golden Member

Karel050

Ik heb de regel er uit gekegelt :-)

Dank Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Begrepen! Heel erg bedankt!

[Bericht gewijzigd door Jochem4 op 7 november 2019 17:29:11 (87%)]