Velocidad de respuesta: la rapidez que la salida no alcanza
Sube la frecuencia y mira la salida rezagarse
La curva tenue es la senoide de entrada y la gruesa es la salida. Sube la frecuencia de entrada. Cuando es lenta, la salida sigue fielmente la senoide, pero cuando es rápida la salida solo puede subir y bajar a una velocidad máxima fija, así que la senoide se distorsiona en un triángulo.
La salida no puede cambiar más rápido que una velocidad fija
Dentro de un amplificador operacional hay un capacitor de compensación para la estabilidad, y para que la salida cambie hay que cargarlo o descargarlo. Pero la corriente interna que lo hace es finita. La velocidad a la que cambia el voltaje de un capacitor es la corriente dividida por la capacitancia, así que hay una velocidad máxima fija a la que la salida puede cambiar por unidad de tiempo. Esta es la velocidad de respuesta, a menudo escrita en voltios por microsegundo. SR = Imax / C.
Demasiado rápido y la senoide se vuelve triángulo
Una senoide es más empinada al cruzar cero, y esa pendiente es proporcional al producto de amplitud y frecuencia. Cuando una gran amplitud o alta frecuencia empuja esta pendiente más allá de la velocidad de respuesta, la salida no tiene forma de seguir la curva de la senoide y simplemente sube y baja en rampas rectas a ±velocidad de respuesta. Así, la senoide de salida se distorsiona en un triángulo. Este es un efecto que aparece solo para señales grandes; a la misma frecuencia una amplitud pequeña exige una pendiente menor y sigue bien. Es una cara distinta del límite GBW de señal pequeña.
Y el límite de voltaje: recorte en los rieles
Las señales grandes tienen no solo un muro de velocidad sino también uno de altura. Por más fuerte que empujes, la salida no puede ir más allá de los rieles de alimentación. Sube la amplitud hasta que los picos alcancen la alimentación positiva o negativa, y todo lo que excede se corta plano. Este es el límite de voltaje de salida, es decir, el recorte en los rieles. En resumen, un amplificador operacional tiene dos muros de señal grande: la velocidad de respuesta que limita la rapidez de cambio por unidad de tiempo, y los rieles de alimentación que limitan la altura de la amplitud. Súmale el GBW de señal pequeña y queda dibujada toda la frontera de lo que un op-amp real puede hacer.
De vuelta a la primera pantalla
Cuando la frecuencia era baja, la salida seguía la senoide de entrada sin un fallo. Al subir la frecuencia, la pendiente que la senoide exigía se empinaba, y pasado un punto la salida ya no podía seguir el ritmo y subía y bajaba solo en rampas rectas, volviéndose un triángulo. La frontera era si la pendiente más empinada de la senoide superaba la velocidad de respuesta. Este es un muro de velocidad que aparece solo para señales de gran amplitud, un límite distinto del GBW de señal pequeña. Súmale el muro de altura, donde la salida no puede pasar los rieles de alimentación, y se revela el verdadero rostro del op-amp tras el ideal de ganancia infinita.
Lo que sigue
Has visto tanto el ideal como los límites del op-amp. En la última unidad de op-amp lo damos forma de uso con RC. Combinar el modo en que resistores y capacitores cambian su impedancia con la frecuencia con la gran ganancia del op-amp hace un filtro activo que deja pasar solo una banda elegida de frecuencias y presiona el resto. Es una herramienta para seleccionar justo la parte de una señal que quieres.