运放主要分为:电压反馈型运放和电流反馈型运放,电压反馈型运放应用更广泛一些,从你的问题来看应该也是针对电压反馈型运放的,所以我主要从电压反馈型运放来说一下。
对于交流信号的放大倍数的影响主要有两个参数:增益带宽积和压摆率。增益带宽积主要针对小信号放大,压摆率主要针对大信号。这两个参数可以根据放大之后的信号的幅度和频率计算出等效带宽,具体的带宽由较小值决定。
1.增益带宽积(GBW)
定义:放大器的增益带宽积(指定为GBWP,GBW,GBP或GB)是放大器带宽和带宽的增益的乘积,是用来简单衡量放大器的性能的一个参数。简单理解就是放大器的带宽和增益的乘积是固定的。下面的OP07的带宽增益积为0.6MHz,比如放大100kHz的信号,理论上能够将信号无衰减的放大约6倍。
影响放大倍数的原因:在100kHz左右的开环增益降低,影响了深度负反馈(Ao/(1+Ao*β))。
2.压摆率
定义: 压摆率(SR)是指输入为阶跃信号时闭环放大器的输出电压时间变化率的平均值。
压摆率的数学定义:SR=2×pi×f×Vpk。其中:f为最大频率,一般认为是带宽Vpk是放大输出信号的最大峰峰值。
影响放大倍数的原因:压摆率是固定的,所以在同一频率下,如果输出信号峰峰值太大,也会反过来影响输出信号的带宽,从而影响输出信号的放大倍数。
总结:一般是确定输出信号的峰峰值和频率,通过增益带宽积和压摆率的定义计算出等效带宽,哪个的等效带宽低就对放大倍数影响占主要作用。设计放大倍数的时候尽量不要让等效带宽低于要放大的信号频率,不然会造成较大的放大误差。
这个问题要从运放的幅频相应和相位补偿说起。下图画了两个经典的运放对数坐标的频响曲线,虚线为内部“完全相位补偿”的运放,实线为不完全相位补偿曲线。为了使运放做跟随器时不发生自激,必须“完全相位补偿”,但是频响变差,带宽增益积下降。
在图中A点频率,称单位增益(0dB,放大量为1)带宽。
如果是虚线频响,随着频率下降,增益会反比上升,频率减半,增益加倍(6dB),因此即使跑到B点,带宽增益积也能维持不变,与单位增益带宽相同。
如果是不完全相位补偿曲线(实线),那么当频率下降时,增益上升速度就会大于频率下降速度(例如12dB/倍频),那么到达C点时,带宽增益积就大于A点时的单位增益带宽,你看到的这款运放就是这种情况,一般说,这类运放不宜做跟随器,容易自激,或者说要加一定措施才行。
带宽增益积跟转换速率没什么大的关系,带宽增益积主要是对小信号而言,它与信号的频率和整个电路的增益有关系,(频率跟增益的乘积是常数,信号频率越高,能得到的增益越小)。GBW=fmax*Au
转换速率主要与大信号有关系,公式是最大不失真输入电压Uim<SR/(2pai*fmax)。
pai=圆周率,fmax是信号中的最高频率。
从公式中明显可以看出,SR与GBW之间只有fmax相连,彼此都没有限制性的关系。
但在实际使用中,GBW高的OP,往往SR也比较大,这主要是因为GBW高的高频OP,如果SR小的话,它能达到的最大振幅也很小,缺少实际应用的价值。
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