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輸出範圍、頻寬與轉換速率是不同限制
信任理想增益前,先測試直流裕度與動態要求。
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先確認允許的直流工作區
運算放大器的電源範圍、輸入共模範圍、輸出擺幅、輸出電流與穩定性要求是不同規格。「軌到軌」必須搭配資料表條件,不代表任何負載下都與兩個電源軌零距離。此教學範例假設電源 3.3 V、可用輸出 0.2–3.1 V。Vref = 1.65 V、增益 11 時,最大對稱輸出變化為 1.45 V,相當於輸入約 131.818 mV。
小訊號頻寬
對適當補償、近似單極點的電壓回授運算放大器,閉迴路頻寬可估為 GBW 除以雜訊增益。1 MHz GBW 與雜訊增益 11 給出約 90.909 kHz。這是近似,不是電流回授或非完全補償放大器的通用規則。反相信號增益 −10 的雜訊增益是 11,因此估計時使用 10 是錯的。
10 kHz 時,頻寬 90.909 kHz 的單極點閉迴路級,保留約 0.9940 的低頻增益,相位落後約 −6.28°。額外極點、電容負載與佈局都可能改變結果。應驗證實際元件的穩定性指引。
大訊號速度
峰值振幅 Vp 的正弦輸出,需要最大斜率 。Vp = 1 V、f = 10 kHz 時,為 0.062832 V/μs。假設轉換速率 0.5 V/μs 可支援此斜率,但 100 kHz 需要 0.628319 V/μs,超過限制。小訊號交流圖無法揭露轉換速率造成的大訊號失真。
2 V 輸出階躍在相同轉換速率限制下,轉換至少需 4 μs,尚未包含穩定時間與其他動態。一起檢查振幅、頻寬與轉換速率;通過一項不代表三項都通過。TI 的架構說明 提供增益頻寬關係假設的背景。此處所有範例限制都是虛構設計輸入,並非具名零件的規格。
自己試試看
SR = 0.5 V/μs、Vp = 2 V 時,僅由轉換速率限制允許的最大正弦頻率是多少?
查看解說
f ≤ SR/(2πVp) = 500000/(4π) = 39788.735773 Hz。輸出擺幅、小訊號頻寬與失真要求可能帶來更低限制。