ZHCAAN5B January   2018  – July 2021 LF347 , LF353 , LM348 , MC1458 , TL022 , TL061 , TL062 , TL071 , TL072 , UA741

 

  1. 1引言
    1. 1.1 放大器基础知识
    2. 1.2 理想运算放大器模型
  2. 2同相放大器
    1. 2.1 闭环概念和简化
  3. 3反相放大器
    1. 3.1 闭环概念和简化
  4. 4简化运算放大器电路图
    1. 4.1 输入级
    2. 4.2 第二级
    3. 4.3 输出级
  5. 5运算放大器规格
    1. 5.1  绝对最大额定值和建议运行条件
    2. 5.2  输入失调电压
    3. 5.3  输入电流
    4. 5.4  输入共模电压范围
    5. 5.5  差分输入电压范围
    6. 5.6  最大输出电压摆幅
    7. 5.7  大信号差分电压放大系数
    8. 5.8  输入寄生元件
      1. 5.8.1 输入电容
      2. 5.8.2 输入电阻
    9. 5.9  输出阻抗
    10. 5.10 共模抑制比
    11. 5.11 电源电压抑制比
    12. 5.12 电源电流
    13. 5.13 单位增益下的压摆率
    14. 5.14 等效输入噪声
    15. 5.15 总谐波失真加噪声
    16. 5.16 单位增益带宽和相位裕度
    17. 5.17 稳定时间
  6. 6参考文献
  7. 7术语表
  8. 8修订历史记录

单位增益带宽和相位裕度

在德州仪器(TI)的数据表中,您将遇到五个与运算放大器频率特性相关的参数:

  • 单位增益带宽(B1
  • 增益带宽积(GBW)
  • 单位增益下的相位裕度(φm)
  • 增益裕度
  • 最大输出摆幅带宽(BOM

单位增益带宽(B1)和增益带宽积(GBW)是类似的。B1 指定运算放大器的 AVD 为 1 时的频率:

Equation36. B1 = f @ AVD = 1

GBW 指定了在采用开环配置和具有输出负载的情况下运算放大器的增益带宽积:

Equation37. GBW = AVD × f

单位增益下的相位裕度(fm)是信号通过运算放大器在单位增益下经历的相移量与 180° 之间的差值:

Equation38. φm = 180° - B1 下的相移

增益裕度是单位增益与 180° 相移下增益之间的差值:

Equation39. 增益裕度 = 1 – 180° 相移下的增益

最大输出摆幅带宽(BOM)指定输出高于指定值的带宽:

Equation40. BOM = fMAX,而VO > VMIN

BOM 的限制因素是压摆率。随着频率越来越高,输出将受到压摆率的限制,无法足够快地响应以维持指定的输出电压摆幅。

为了使运算放大器稳定,特意在第二级的芯片上制造了电容器 CC(请参阅图 4-1)。该类型的频率补偿称为主极点补偿,旨在在输出相移 180° 之前使运算放大器的开环增益滚降至单位增益。请记住,图 4-1 非常简化:实际运算放大器中还有其他频率整形元件。图 5-11 显示了内部补偿运算放大器的典型增益与频率之间的关系图,德州仪器(TI)数据表中通常会提供该图。图 5-12 包含相同的信息,只是为了清晰起见,移动了相位轴。

如前所述,可以看出 AVD 随频率的增加而下降。当需要特定频段的精确增益时, AVD(以及 B1 或 GBW)成为一个设计问题。考虑Equation16,其中同相放大器的环路增益由以下公式给出:

Equation41. GUID-4198F3CA-D6F3-4C76-B05E-4B9AB8C216BA-low.gif

需要通过选择合适的电阻器来控制电路的增益。公式中的 1/ab 项视为误差项。除非与 1/b 相比,a 或 AVD 对于所有相关频率都较大,否则它将对电路的增益产生影响,这是我们不希望看到的。

相位裕度(φm)和增益裕度是指定电路稳定性的不同参数。由于轨至轨输出运算放大器具有更高的输出阻抗,因此在驱动容性负载时会出现明显的相移。这种额外的相移会降低相位裕度,因此大多数具有轨至轨输出的 CMOS 运算放大器驱动容性负载的能力有限。

GUID-78CE2759-9365-4AFD-8CE2-AD1DCE74F575-low.gif图 5-11 典型的大信号差分电压放大系数和相移与频率之间的关系
GUID-09A6A0D5-0669-4D88-B362-63A9AB90F4EA-low.gif图 5-12 更易于阅读的电压放大系数和相移与频率之间的关系图