Schaltungstechnik

4.4 Operationsverstärker 239
5,0V
4,0V
3,0V
2,0V
1,0V
0V
-1,0V
u1 u2 20s 60s 100s 140s 180s
Bild 4.4-22: Ergebnis der Testschaltung zur Bestimmung des Slew-Rate Verhaltens
Die Ausgangsspannung kann in Bild 4.4-22 der Eingangsspannung nur mit endlicher
Anstiegsgeschwindigkeit folgen. Bei Ansteuerung eines Spannungsfolgers
mit einer Rechteckspannung von 5V Amplitude wird im zeitlichen Momentanwert
bei Spannungsänderung von 0 auf 5 V die Eingangsspannung größer 0,1V. Damit
erfolgt eine Aussteuerung der ersten „inneren“ Verstärkerstufe in die Begrenzung.
Bei den gegebenen Parametern beträgt der maximal mögliche Ausgangsstrom der
ersten Stufe 20A. Der endliche Strom von 20A am Ausgang der ersten Stufe
führt zu einer endlichen Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung an Ck (Bild 4.4-4).
du2 Ix = const = I0 = C -------k
(4.4-6)
dt
Die Spannung an Ck ist aufgrund der hohen Verstärkung der zweiten Stufe des
Makromodells in Bild 4.4-4 in etwa gleich der Ausgangsspannung.
Zur Verdeutlichung ist in Bild 4.4-23 ist ein vereinfachtes Makromodell für
einen zweistufigen Verstärker dargestellt, wobei die erste Verstärkerstufe durch
eine spannungsgesteuerte Stromquelle und die zweite Stufe durch eine spannungsgesteuerte
Spannungsquelle beschrieben wird. Die Verstärkung der 1. Stufe beträgt
v1 = gm 260k = 100 . Bei größeren Eingangsspannungen begrenzt die erste
Stufe den Strom auf den Wert gegeben durch I0. Bei I0 = 20A ergibt sich somit
eine endliche Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung (Slew-Rate SR) für
die Testschaltung bei I0= 20A und Ck = 40pF nach folgender Beziehung:
SR = I0 Ck = 20A 40pF =
05V s;
(4.4-7)
Aufgrund der endlichen Stromergiebigkeit der ersten „inneren“ Stufe des OP, die
immer eine spannungsgesteuerte Stromquelle ist, ergibt sich wegen der Rückwir-