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如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?

發(fā)布時(shí)間:2021-06-07 責任編輯:lina

【導讀】對于運放來(lái)說(shuō),它會(huì )有幾個(gè)關(guān)鍵參數會(huì )影響運放的性能:開(kāi)環(huán)增益、共模抑制比、輸入失調電壓、輸入失調電流、輸入偏置電流、差模輸入電壓、3dB帶寬、壓擺率、單位增益帶寬或者增益帶寬積等。
 
最近談到運放,有客人說(shuō):運放看起來(lái)很簡(jiǎn)單,可是我隨便選兩顆來(lái)評估,輸出的信號明顯失真,請問(wèn)是怎么回事呢?
 
對于運放來(lái)說(shuō),它會(huì )有幾個(gè)關(guān)鍵參數會(huì )影響運放的性能:開(kāi)環(huán)增益、共模抑制比、輸入失調電壓、輸入失調電流、輸入偏置電流、差模輸入電壓、3dB帶寬、壓擺率、單位增益帶寬或者增益帶寬積等。
 
今天,我們來(lái)討論一下增益帶寬積,下圖是運放內部晶體管的數學(xué)模型:
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
在用戴維南定理做等效代換之前,我們不妨先來(lái)重點(diǎn)回憶一下電容等效公式,它在后面的模型設計中會(huì )非常有用
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
低頻工作時(shí),電容的阻抗特別大,高頻工作時(shí),電容的阻抗特別小,我們一般在中頻段,把級間電容視為開(kāi)路,耦合電容視為短路,低頻工作時(shí),主要考慮耦合電容,高頻工作時(shí),主要考慮級間電容,那么,根據以上設定,我們分別得出其對應的中頻、低頻和高頻等效模型來(lái)一一分析。
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
運放的中頻等效模型
 
按照中頻特性等效模型,中頻放大倍數
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
運放的低頻等效模型
 
按照低頻等效模型,低頻放大倍數
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
為方便簡(jiǎn)化,我們設定一個(gè)下限頻率,此下限頻率由輸出阻抗來(lái)決定的,中頻特性和低頻特性之間存在一個(gè)函數關(guān)系:
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
運放的高頻等效模型
 
同樣,我們再來(lái)看看高頻特性,高頻放大倍數
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
我們同樣設定一個(gè)上限限頻率,此上限限頻率由輸出阻抗來(lái)決定的,中頻特性和低頻特性之間存在一個(gè)函數關(guān)系:
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
綜合以上信息,考慮到耦合電容和結電容的影響,根據電壓放大倍數建立一個(gè)新的數學(xué)模型
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
根據以上這些公式,我們發(fā)現運放在10倍下限頻率和1/10倍上限頻率之間,會(huì )有一個(gè)相對穩定的工作區間
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
結合實(shí)際應用中,通常來(lái)說(shuō),一般的運放產(chǎn)品中,上限頻率遠大于下限頻率,所以,我們設定運放有一個(gè)通頻帶,運放在這個(gè)通頻帶中工作穩定
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
根據以上公式表明,通頻帶和中頻放大倍數近似于一個(gè)常數,我們定義這個(gè)常數為增益帶寬積。
 
在運放通常能實(shí)現全覆蓋的模型傳遞函數中,運放在設定的1/10倍上限頻率(多數情況下,運放具有很好的低頻特性,下限頻率一般為0)能正常工作,所以,我們都會(huì )建議客戶(hù)選取10倍增益帶寬的運放來(lái)達到最佳匹配,當然,以上公式并不適合所有的運算放大器模型,對于電流反饋型的運算放大器,以上推導不成立。
 
美國微芯公司(Microchip)最近發(fā)布一款零漂移、低功耗、小體積運放產(chǎn)品。
 
主要特點(diǎn):
 
漂移特性
失調電壓          <25uV
 
溫漂              150Nv/℃
CMRR/PSRR      110dB
 
功耗特性
10MHz GBWP功耗電流1.6mA
 
如何通過(guò)增益帶寬積選擇運放?
 
(來(lái)源:本文系21ic論壇網(wǎng)友wolfe_yu原創(chuàng ))
 
 
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