24 / 32 · 概念
输出范围、带宽与压摆率是独立限制
相信理想增益前,检查直流裕量与动态要求。
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先确定允许的直流区域
运放的电源范围、输入共模范围、输出摆幅、输出电流和稳定性要求是不同规格。“轨到轨”需要查看数据手册条件,并不意味着任意负载下与两条电源轨距离均为零。此教学示例假定 3.3 V 电源、可用输出 0.2–3.1 V。Vref = 1.65 V、增益 11 时,最大对称输出幅度为 1.45 V,对应输入约 131.818 mV。
小信号带宽
对于适当补偿、近似单极点的电压反馈运放,可用 GBW 除以噪声增益估算闭环带宽。1 MHz GBW、噪声增益 11,得到约 90.909 kHz。这是近似,不是适用于电流反馈或欠补偿放大器的普遍规则。反相信号增益 −10 的噪声增益为 11,因此用 10 估计是错误的。
10 kHz 下,带宽 90.909 kHz 的单极点闭环级保留约 0.9940 倍低频增益,相位滞后约 −6.28°。其他极点、电容负载和布局可能改变结果。应核实实际器件的稳定性指导。
大信号速度
峰值幅度为 Vp 的正弦输出,所需最大斜率为 。Vp = 1 V、f = 10 kHz 时,为 0.062832 V/μs。假定压摆率为 0.5 V/μs,可以支持该斜率;100 kHz 时需要 0.628319 V/μs,超过限制。小信号交流图不能揭示压摆率引起的大信号失真。
2 V 输出阶跃在同一压摆率限制下,转换至少需要 4 μs,尚未包含稳定和其他动态。同时检查幅度、带宽和压摆率;通过一项不表示全部通过。TI 架构讨论介绍增益带宽关系背后的假设。此处全部示例限制都是虚构设计输入,不是某个命名器件的规格。
自己试试
SR = 0.5 V/μs、Vp = 2 V 时,仅由压摆率允许的最大正弦频率是多少?
阅读解释
f ≤ SR/(2πVp) = 500000/(4π) = 39788.735773 Hz。输出摆幅、小信号带宽和失真要求可能施加更低限制。