Welche Intuitionen oder Faustregeln würden mich genau leiten, wann ich einen OTA anstelle eines "normalen" Operationsverstärkers in Betracht ziehen sollte? Vielleicht durch "klassische" Anwendungen veranschaulicht, bei denen eine OTA bevorzugt wird (und warum)?
Sie können einen OTA nicht wirklich mit einem normalen OpAmp vergleichen. OpAmps sind einfache Bausteine, die Sie normalerweise für eine feste Operation "konfigurieren", indem Sie Komponenten hinzufügen.
OTAs sind ähnlich, haben jedoch den zusätzlichen Vorteil, dass Sie nach dem "Konfigurieren" bestimmte Aspekte des Betriebs (z. B. Verstärkung) durch Anlegen eines Steuerstroms steuern können.
Der Hauptunterschied besteht darin, dass ein OTA drei Eingänge hat, während Ihr OpAmp nur zwei hat. Neben den beiden Differenzeingangsanschlüssen, die ein OTA und ein OpAmp gemeinsam nutzen, verfügt der OTA über einen dritten Eingang, über den Sie die Verstärkung des Verstärkers durch Anlegen eines Stroms einstellen können.
Mit diesem dritten Eingang können Sie Dinge tun, die Sie mit einem einfachen OpAmp einfach nicht implementieren können: Der OTA kann zwei zeitlich variierende Signale multiplizieren!
Der OpAmp hingegen kann auch multiplizieren (oder verstärken), aber nur ein Signal variiert zeitlich (das am Differenzeingang). Der andere Faktor, der in die Multiplikation einfließt, ist konstant und wird durch die Rückkopplungswiderstände definiert.
Typische Anwendungsfälle von OTAs sind " spannungsgesteuerte Verstärker ".
Nehmen wir an, Sie möchten die Lautstärke eines Audiosignals steuern. Für ein Stereosignal können Sie ein Stereopotentiometer verwenden, das Signal dämpfen und dann mit einem OpAmp puffern. Gut, aber wie würden Sie dasselbe erreichen, wenn Sie mit mehr als zwei Kanälen arbeiten? Ein 5.1 Soundsystem zum Beispiel? Sie werden wahrscheinlich keine Potentiometer mit mehr als zwei Kanälen finden.
Hier helfen OTAs: Mit einem einzigen Potentiometer können Sie eine Steuerspannung erzeugen und einer beliebigen Anzahl spannungsgesteuerter Verstärker zuführen. Mit einem einzigen Knopf können Sie jetzt die Lautstärke einer beliebigen Anzahl von Audiokanälen nach Belieben steuern.
Eine weitere häufige Verwendung sind automatische Verstärkungsregler . Hier wird ein Signal basierend auf seiner Amplitude verstärkt. Ein Signal mit niedriger Amplitude wird stark verstärkt, während ein Signal mit hoher Amplitude nur gepuffert wird. Ziel ist es, am Ausgang ein Signal mit geringerem Dynamikbereich zu erzeugen. Dies kann ein Übersteuern des Signals vermeiden und verhindern, dass Teile mit niedriger Amplitude in Rauschen vergraben werden. Vor 20 Jahren fanden Sie diese Art von Schaltkreisen in Diktiergeräten, Telefonen, Tonbandgeräten usw. Heutzutage ist die Arbeit in Software billiger.
Ein weiteres großes Feld, in dem OTAs verwendet werden, sind " spannungsgesteuerte Filter ". Hier steuern Sie nicht die Verstärkung eines Signals, sondern die Grenzfrequenz eines Filters. Etwa die Hälfte aller analogen Synthesizerfilter aus den achtziger Jahren basiert auf OTAs.
Aus Sicht des Schaltungsdesigns werden OpAmps und OTAs ebenfalls unterschiedlich verwendet:
OpAmps werden fast immer in einer Konfiguration mit geschlossenem Regelkreis verwendet. ZB finden Sie fast immer einen Widerstand oder eine andere Komponente, die vom Ausgang zum negativen Eingang geht. Wie Sie wahrscheinlich wissen, wurde dadurch die sehr hohe Open-Loop-Verstärkung eines OpAmp auf ein nützliches Niveau gesenkt.
OTAs hingegen werden in Konfigurationen mit geschlossenem Regelkreis sehr selten verwendet , z. B. finden Sie den typischen Widerstand vom Ausgang zum negativen Eingang nicht. Dies liegt daran, dass sie zunächst nicht die hohe Open-Loop-Verstärkung haben. Die Verstärkung der OTAs wird schließlich durch den Strom definiert, der in den Verstärkungsregelungseingang fließt.
Dies hat mehrere Konsequenzen: Denken Sie an einen Spannungsfolger, der um einen OpAmp herum aufgebaut ist. Der Ausgang des OpAmp ist direkt mit dem negativen Eingang verbunden. Wenn Sie eine Spannung an den positiven Eingang anlegen, stellt die negative Rückkopplung sicher, dass die Spannungsdifferenz zwischen den Differenzeingängen nahezu Null ist.
Da es in OTA-Schaltkreisen selten eine negative Rückkopplung gibt, gibt es auch keinen Mechanismus, um die Differenzeingänge auf der gleichen Spannung zu halten. Stattdessen finden Sie vor den Eingängen einen riesigen Spannungsteiler, der die maximale Spannungsdifferenz der Eingangsanschlüsse bei 10 mV bis 30 mV hält (Faustregel). Wenn Sie darüber hinausgehen, wird der OTA immer nichtlinearer und gibt ein stark verzerrtes Signal aus.
In Bezug auf Ihren Spannungsregler: Dies ist wirklich ein schlechter Anwendungsfall für einen OTA, da Sie die Funktion zur Verstärkungsprogrammierbarkeit nicht benötigen. Sie könnten eine mit einem OTA erstellen, aber die coole Funktion des OTA wäre nicht von Nutzen.
