4.2.2 运放的带宽与压摆率

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实际运算放大电路(二) 运放的带宽与压摆率 位于书本的4.2.2节 我们来看运放带宽的 TINA 仿真 在如图所示的反相比例运算放大电路 放大倍数理论值为-1 我们输入信号为 1kHz 那么呢我们看仿真的结果 输出信号与输入信号幅值基本相等 相位相反,反相放大 我们将信号呢设为 100kHz 幅值不变 现在我们发现呢 输出信号呢 幅值基本相等但是略微有一点点相移 我们将信号设为 1MHz 改为高频 那么现在发现输出信号的幅值 红色的部分 已经衰减了一半 并且呢产生了明显相移 几乎呈同相放大了 以上仿真表明呢 随着信号频率的增大 我们的放大倍数会降低 那我们再来看一下运放的带宽是否与增益设定值有关 我们图示电路中呢 将反相比例放大电路的放大倍数呢改为了10 与此同时呢为了方便比较 我们把输出部分呢用分压电阻又把增益降下来 那么在 1kHz 输入的时候 我们的输出电压幅值与 VG1 基本相同,差180度 这个与前面的1倍放大电路相同 那么在 100KHz 中等频率的时候呢 我们看到 已经明显发生了衰减 而前面我们1倍放大电路在 100kHz 的时候基本是没有衰减的 我们把频率增到 1MHz 的高频 我们可以看到 输出信号基本衰减都看不到了 通过仿真对比我们得出一个结论 放大倍数会影响带宽 10倍放大电路在 100kHz 的现象 和我们前面1倍放大电路在 1MHz 现象是差不多的 因此呢我们就有了增益带宽积这个概念 即一个运放呢它构成同类放大电路 增益和带宽的乘积近似会相等 也就是说运放电路的放大倍数越大它的带宽会越窄 那么只有高带宽的运放呢才可以用于放大高频信号 否则呢它会衰减得看都看不到 所以高带宽运放也称为高速运放 那么衡量运放的速度还有一个参数指标叫做压摆率 带宽和压摆率属于运放同一类指标 那么高带宽呢肯定压摆率也会高 我们选择一款高速运放 放大器与线性器件里面选择高速运放 有314种 我们选择单通道,双极性 那么呢我们选择增益带宽积在 3500M 选定这么一种运放 我们增加一个反相比例运算电路 两个电路相同 我们主要把运放替换 用一个,另外一个用6629 我们把信号设定为 1kHz 的方波,100mV 注意呢 把上升沿下降沿这个时间 改到增大到10个纳秒 因为太短了仿真软件会出错 这是我们仿真电路的细节 注意横轴时间的设定 我们把它呢四位小数 这样我们能看出具体每格的差别 压摆率呢 SR 的单位是 V/μs 运放的输出电压变化率可以达到每微秒多少伏 那么由于6629它的压摆率高出324若干个数量级 所以第二个输出,6629的输出要比 324的输出边缘要陡峭的多 就上升特别快速 好,这是压摆率高这是压摆率低 我们查阅芯片说明书呢我们可以发现 6629的压摆率有 1600V/μs 增益带宽呢 1000M,是非常大的 而324呢它的压摆率只有0.4,差了几千倍 它的增益带宽呢也只有 1.3M 那么增益带宽与压摆率的比值呢 我们对比这两种应该是符合变化趋势的 那么为什么压摆率可以用来衡量运放的速度呢 因为方波信号的边缘实际上包含了非常高的频率 你用傅立叶分解就知道 如果我能放大方波的边缘实际上就能够放大高频信号 一个方波信号如果进入低带宽的放大电路 典型的现象就是不再是方的变成圆头圆脑 这可以理解为带宽不够也可以理解为压摆率不够 那么只要你能够再现方波 不管方波的重复频率是多少 都意味着这是一个高带宽的电路 本课小结 运放的带宽 对于这样一个-1倍的反向放大电路来说 低频下符合理论值,反向放大-1倍 但是在呢高频下它的放大倍数会减小而且会产生相移 这就是运放都是有带宽的 增益带宽积的概念 我们增加一个电路 把它的放大倍数呢变为10倍,-10倍 但是呢我在输出部分用分压电阻降回10倍 这样呢它总的还是一个-1被放大 我跟原来的电路做比较 结果发现 -1倍放大/100KHz 的时候几乎是没有衰减的 而 -10倍放大/100kHz 的时候产生了明显的衰减 这就是增益和带宽是有相互有影响的 增益越高带宽就会越窄 运放的压摆率 我们使用了两种压摆率相差非常悬殊的运放 一个普通运放一个高速运放接成同种电路 我们观察反相 当输入信号下降沿来临的时候输出应该上升 高压摆率的输出运放输出非常陡峭 压摆率高 而低压摆率呢上升非常缓慢 这就是高速运放这就是低速运放 好,这节课就到这里
课程介绍 共计80课时,9小时48分45秒

电子电路基础知识讲座

电源 MOSFET 放大器 噪声 电子电路基础 放大电路 university

本系列课程目前共有80讲,由青岛大学和TI德州仪器联合推出,傅强老师主讲。从模拟及电源出发,系统系列地讲解了电路设计上的基础知识,从多方面多角度给学员提供了全面学习的机会,也是工程师快速查找相关基础知识的便捷手段。
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讲师

讲师: 傅强老师

讲师:青岛大学南开大学博士学历。主讲本科的模电和数电课程,以及研究生的电子电力等课程。指导国家级大学生创新创业训练项目,大学生电子设计竞赛, 和企业横向课题等等。

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