文章目录1 定义2 压摆率的原理2.1 电容充电原理2.2 放大器内部解析3 压摆率和静态电流的关系4 压摆率和温度的关系5 压摆增强电路6 全功率带宽本文将会介绍压摆率的定义和原理对比压摆率和放大器电流、温度等因素之间的关系并探讨全功率带宽的概念。1 定义压摆率定义为运算放大器输出电压的最大变化率单位为V/us。压摆率是通过向运放输入端施加一个大信号阶跃例如1伏特并测量输出信号幅度从10%到90%的变化率来确定的。2 压摆率的原理2.1 电容充电原理首先当电容被一个恒定的电流充电时电容两端的电压和电流的关系如下i C d v d t iC\frac{dv}{dt}iCdtdv电容的电压呈直线上升斜率为 ki/C。2.2 放大器内部解析在放大器内部有一个GM级跨导级它将输入差分电压转换为输出电流Iout。 Iout流入下一级用于给 Cc称为米勒电容充电。对于快速变化的大信号Iout达到其最大值并被限制为 Iout(max)。在这种情况下放大器的输入端将不再呈现“虚短”特性。因此输入端之间会产生一个差分电压。由于Iout恒定等于 Iout(max)米勒电容 Cc两端的 Vout随时间线性上升。此时放大器的输出达到压摆极限这是输出电压能改变的最快速度。更真实的情况如下这是一个三极管输入的运放内部的电路当给运放施加一个快速变化的大阶跃信号时左边的三极管会截止右边的三极管会饱和。流过饱和三极管的电流就是 Iout(max)。Iout(max)流入米勒电容 Cc导致输出电压随时间线性增加。3 压摆率和静态电流的关系这里列举了几款运放的压摆率和静态电流的表格如果放大器的压摆率越高因此带宽更高往往电流消耗也越大。4 压摆率和温度的关系运放数据手册通常会提供一个用于描述压摆率和温度关系的曲线图如下图所示。一般会同时给出正压摆率和负压摆率时的曲线正压摆率在信号上升时出现负压摆率在信号下降时出现。通常压摆率的绝对值会随温度的上升而增大。5 压摆增强电路有些运放包括了一个压摆增强电路从而使器件具有更大的压摆率。这里显示了一个具有压摆增强功能的运放在大阶跃信号输入时的响应曲线可以看到这里出现了两段不同的压摆率初始压摆率很大第二阶段的压摆率较小输出信号逐渐稳定到终值。为什么运放不一直保持第一段很大的压摆率呢原因在于如果运放只有一段很大的压摆率输出将在到达终值后出现很大的过冲或许可以通过某种手段来补偿这种过冲然而这种补偿可能会导致反方向变化的信号出现很大过冲如果这种现象持续下去将会导致震荡的发生 。6 全功率带宽除了大的阶跃方波信号之外对于任何形式的输入信号压摆率都会限制放大后的结果或者导致其失真。相关的指标叫做运放的全功率带宽它描述了最大输出电压和频率的关系。如下图所示以 200kHz 处输出信号为例7.5V峰值输出信号在全功率带宽曲线左下方从而不会受到压摆率的限制10V峰值输出信号则超出了全功率带宽曲线的范围将会受到压摆率造成的失真影响以下两张图展示了仿真结果运放的最大输出电压和信号频率之间的关系式如下所示v p S R 2 π f v_p\frac{SR}{2 \pi f}vp2πfSR根据这个公式可以预估信号的变换是否会受全功率带宽的影响。例如运放的压摆率SR10V/us信号频率为100kHz那么运放输出的最大电压约为v p 10 V / u s 2 π ∗ 100 k H z 10 ∗ 10 6 2 π ∗ 100 ∗ 10 3 V ≈ 15.9 V v_p\frac{10V/us}{2 \pi *100kHz}\frac{10*10^6}{2 \pi *100*10^3}V≈15.9Vvp2π∗100kHz10V/us2π∗100∗10310∗106V≈15.9V若输入信号峰值为2V放大倍数为10倍则计算出来输出电压应为20V但这超出了15.9V会被全功率带宽限制波形产生畸变。你们有遇到超出全功率带宽二导致失真问题吗欢迎评论区讨论
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