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4.4 第一个交叉示例

图 4-5 中的第一个示例测试电路将 LM324 用作 10kHz 频率的正弦波缓冲器。输入信号为 ±1V 峰值、10kHz 正弦波。电源电压为 ±5V。无论开关位置如何，负载始终为 2.7kΩ。但是，电阻器的端接电压可在 –5V、0V 和 5V 之间切换。理想情况下，负载电流小且所需的输出压摆率远低于典型压摆率规格，因此运算放大器输出将遵循输入电压正弦波。

{SR}_{Required} = V_{PP} \times f \times π = 2 V \times 10 kHz \times π = 0.063 \frac{V}{µs}

图 4-5 交叉测试原理图

用例 A：开关处于“A”位置时，负载电阻端接至 –5V。因此，运算放大器将始终拉出电流，该电流将在 1.48mA 至 2.22mA 之间变化。输出将跟随输入，因为达林顿 NPN 驱动器始终处于活动状态，如图 4-6 中的绿色波形所示。

用例 B：开关处于“B”位置时，负载电阻端接至 0V 或 1/2 Vs。因此，运算放大器将拉出和灌入电流，要求输出改变驱动器。该电流将在 -0.37mA 至 0.37mA 之间变化。输出驱动器将在 PNP 和 NPN 之间切换，因此图 4-4 中的绿框节点电压必须转换到 V_BE 的三倍才能改变输出电压。在 25°C 时，切换电流极性所需的时间为

方程式 1.

\frac{3 x V_{BE}}{Slew Rate} = \frac{2 V}{0.5 V / µs} = 4 µs

输出波形在 4µs 内趋于平坦，因为只有微弱的恒流阱处于活动状态，并且在此期间达林顿 NPN 驱动器和 PNP 发射极跟随器驱动器均未处于活动状态。请参见图 4-6 中的红色波形。此平坦期间的电压值为 2.7kΩ 或负载电阻乘以恒流阱的值。延迟后，输出电压会根据器件的压摆率限值发生变化，直到它采用正确的值。每次运算放大器在源电流和灌电流驱动器之间切换时，都会发生这种情况。恒流阱始终处于开启状态，但其电流不足以将 2.7kΩ 负载电阻器驱动至 –1V。只有 2018 年或之后的新型器件仿真模型才包含此延时时间。

用例 C：开关处于“C”位置时，负载电阻端接至 5V。因此，运算放大器将始终灌入电流，该电流将在 –1.48mA 至 –2.22mA 之间变化。输出将跟随输入，因为 PNP 发射器始终处于活动状态。请参见图 4-6 中的紫色波形。

图 4-6 LM324 交叉测试波形