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  • 对于运放的增益带宽积,大家再熟悉不过了,这也是我在大学初学运放时,记忆深刻的唯数不多的几个参数之一。还是想写篇贴子对这个参数深刨根一下,(赵大叔小品“往祖坟上刨”)。对于单极点响应,开环增益以6...
  • 用于测量压摆率和增益带宽积用于测量压摆率和增益带宽积
  • 两款器件具有12 MHz的增益带宽积和从3.5V至16V的电源电压。这两款器件还具有135 μA(典型值)的低静态电流、3.5 mV(最大值)的输入失调电压、100 dB(典型值)的共模抑制比(CMRR),以及102 dB(典型值)的电源抑制比(PSRR)...
  • 放大器的增益带宽积

    2021-07-17 10:39:00
    放大器的增益带宽积(指定为GBWP,GBW,GBP或GB)是放大器带宽和带宽的增益的乘积,是用来简单衡量放大器的性能的一个参数。在频率足够大的时候,增益带宽积是一个常数。 假设运算放大器的增益带宽积为1 MHz,它...

            放大器的增益带宽积(指定为GBWP,GBW,GBP或GB)是放大器带宽和带宽的增益的乘积,是用来简单衡量放大器的性能的一个参数。在频率足够大的时候,增益带宽积是一个常数。

           假设运算放大器的增益带宽积为1 MHz,它意味着当频率为1 Mhz时,器件的增益下降到单位增益。即此时A=1。同时说明这个放大器最高可以以1 MHz的频率工作而不至于使输入信号失真。由于增益与频率的乘积是确定的,因此当同一器件需要得到10倍增益时,它最高只能够以100 kHz的频率工作。

           比如,运放器件:INA818。我们查阅芯片手册,可以得到其带宽:2MHZ

           带宽:2MHz (G = 1)、270kHz (G = 100)    G为放大倍数。

           INA818芯片手册:https://download.csdn.net/download/qq_38716211/20347485

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  • 电流反馈放大器不受基本增益带宽积的限制,随着信号幅度的增加,带宽的损失非常小。因为可以在失真的条件下对大信号进行调节,这些放大器在非常高的频率下通常都具有优异的线性度。而电压反馈放大器的带宽随着增益的...
  • GBP增益带宽积

    万次阅读 2018-03-31 11:49:11
    增益带宽积GBP(GainBandwithProduct)一般指电压反馈运放的一个特征参数,定义为在某频率下测量的开环电压增益与测量频率的乘积,其单位为Hz(见图1以20dB每10倍频线性下降的部分,其中开环电压增益Aol定义为输出...

      增益带宽积GBP(GainBandwithProduct)一般指电压反馈运放的一个特征参数,定义为在某频率下测量的开环电压增益与测量频率的乘积,其单位为Hz(见图1以20dB每10倍频线性下降的部分,其中开环电压增益Aol定义为输出电压的变化量与输入端之间电压的变化量之比,为图1中最左端水平部分,这个值只在直流和低频时有效。随着频率增长到运放的主极点频率,开环电压增益变得与频率有关并被GBP所代替)。其值在数值上和单位增益带宽相等。

      公式表示:

       其中 为运放开环(-3dB)带宽。

       同时由于Bode图横纵坐标单位及表示方式的关系,无法在图中以面积的方式来表示GBP,GBP的大小可以用单位增益带宽来表示。

       注:对于电压反馈运放,增益带宽积为常数。对于电流反馈运放,增益带宽积并无多大意义,因为在电流反馈运放中增益和带宽之间不存在线性关系。

    图1

     受到传输信号的带宽限制,以及所需的信号放大倍数约束,一般高增益时使用多级放大来降低对GBP的要求。

     运放电路传递函数,其中F(s)为反馈因子。

      对于小信号的放大,一般认为在引入深度负反馈的情况下,在整个信号带宽内运放环路稳定,则电路设计没有问题。对于要求在相位为-180时,对应的||<1,其伯德图需要满足一定的增益和相位余量(>45度),见图2。实际一般需要根据开环增益曲线A(由供应商的数据手册提供)和1/F增益曲线(即噪声增益曲线,取决于反馈环路的设计)的交点判断,该交点决定了所能放大信号带宽,即闭环带宽fx,见图3,纯电阻反馈网络的闭环带宽。


    图2


    图3

      以跨阻运放TIAtrans-impedance amplifier放大电路设计为例电路,实现I-V转换,求取闭环信号带宽:


                                                                          图4 前置放大等效电路


                                           图5 OP的开环响应曲线,其增益带宽积为6.5MHZ,引脚输入电容为1pF

    使用的PIN二极管,其结电容参数为3pF@10V,Ci=3+1=4pF

    设输入信号40KHZ,Rf=3.92M Cf=1pF ,

    F=Xci/(Xci+Xcf//Rf)=(1+jwCfRf)/(1+jwRf(Cf+Ci))

    1/F=(1+jwRf(Cf+Ci))/(1+jwCfRf)

    可得低频渐进线:1/Fo=1;

    高频渐进线:1/Foo=(Cf+Ci)/Cf=5


    6光电二极管放大器噪声增益示意图

    如图6,其中

    Ft=GBP=6.5MHZ,为单位增益带宽;

    Fz= 1/(2pi*Rf(Cf+Ci))=8.1KHZ,为1/F零点频率;

    Fp=1/(2pi*Rf*Cf)=40. 6KHZ,为1/F极点频率;

    Fx= Ft/(1/Foo)=(GBP*Cf)/(Cf+Ci)=1.3MHZ,为|AF|=1的频率,即闭环带宽。

    此例根据GBP计算出来了闭环带宽Fx,且Fx>Fsignal=40KHZ,所以设计满足要求。

    通过matlab验证计算结果:取fc=GBP/Aol=65HZ,分别对A(s)及1/F(s),进行伯德图绘制可以得到图7,根据w=2*pi*f=8.16mrad/s可以发现fx的结果基本一致。


    7 A(s)(绿色)1/F(s)(蓝色)






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  • 同一芯片增益带宽积是确定的,所以增益大了,带宽就小了,所以摆率会变小。 也就是说,压摆率还和我们放大的增益有关,注意看上面的压摆率参数,写的时全带宽增益时的压摆率(slew rate at unity gain),在我们进行...

    1.什么叫压摆率?

    做1pps驱动电路[1],

    • [ 1PPS:秒脉冲英文全称:Pulse Per Second ] 1pps概念

    要求上升沿≤5ns,FPGA输出的信号用运放跟随增强驱动后,发现上升沿达不到要求。为什么呢?因为没有考虑到一个重要的指标,压摆率。压摆率是指:输入为阶跃信号时,闭环放大器的输出电压时间变化率的平均值。即输入一个理想的阶跃信号,输出会是一个带斜率信号,这个信号的爬升速率就是压摆率。
    在这里插入图片描述
    看一下这个运放的压摆率(Slew Rate)
    在这里插入图片描述

    • [ 图中给出的slew Rate 为4V/us 换算过来即为5ns爬升20mV]

    2.压摆率的脉冲增强电路

    根本达不到要求啊,5ns只能爬升20mV,所以,上升沿根本达不到设计需求。怎么办呢?后期飞线增加了一个脉冲增强电路。
    在这里插入图片描述
    脉冲增强电路C4和R4,相当于一个微分电路C4和RL(当C x RL远小于压摆率时间)加一个直流电阻R4,使得负载RL上的信号边沿变得更加陡峭。分析一下:

    • [ 微分电路?]

    a.电容C4与RL形成分压电路,根据下图的计算公式,C4上电压的变化率等于RL上的电压值。
    在这里插入图片描述
    b.那么假设电容电压变化率在0-τ范围内是几乎不变化的,那么负载RL上面的电压也是几乎不变的,一旦电容开始充电(电压发生变化),负载RL的电压就上升到顶点。记为波形1,如下
    在这里插入图片描述
    c.然后在电容充电结束后开始下落,为了解决没有变化率就没有电压的问题,增加一个直流电阻R4维持波形,它是一个直通波形,也就是原始波形,记为波形2。
    在这里插入图片描述
    d.两个波形合在一起后,由于波形1,波形2的上升沿得到极大增强,从而使得合成波形上升沿得以改善。

    3.我在项目中所遇到的问题

    这次我需要用运放放大一个频率为200K的峰峰值为12V左右的交流脉冲波形,输入波形如图所示
    在这里插入图片描述
    打算进行三倍的放大,结果却失真了,输出结果变成了一个类三脚波,
    在这里插入图片描述
    该开始我百思不得其解,查了一下运放的手册,说是10MHz的带宽,而且放大三倍应该也没问题啊,可是波形怎么失真成这样了呢?后来发现罪魁祸首就是压摆率,我们来看一下这个运放的手册
    在这里插入图片描述
    这里我们可以看到他的压摆率为9V/us,理论上来说,要达到输出12V的幅值需要12/9us,而我们的整个周期就只有4us,那么半个周期内他只能上升到9V,
    在这里插入图片描述
    这样就会造成波形的失真。我们输入的是一个矩形波,希望将其放大三倍输出,结果由于压摆率的问题,在它输出还没有达到我们需要的幅值时,就必须要下降了,因此就会变成一个三角波。

    但是这里还有一个问题,问什么我们理论输出的三角波的幅值能达到9V但是示波器上显示却只有6V左右呢?
    这里我们必须要看一下压摆率的数学定义了。

    压摆率的数学定义:sr=2×pi×f×vp   其中:f为最大频率,一般认为是带宽[3,4]

    这 [ 这里我们来计算一下我们所需要的压摆率:SR2=2×pi×f×vpk=2×3.14×200k×12V=15V/us
    这里的f是需要通过的信号的频率,vp通过信号的幅值,计算结果是s,记得换成us

    摆率大的,速度越快,带宽自然高。
    同一芯片增益带宽积是确定的,所以增益大了,带宽就小了,所以摆率会变小。
    也就是说,压摆率还和我们放大的增益有关,注意看上面的压摆率参数,写的时全带宽增益时的压摆率(slew rate at unity gain),在我们进行放大时,带宽会减小,压摆率也会相应的减小
    因此幅值只有6V左右。真的是非常的Amazing啊!
    后来我换了一块压摆率大的芯片20V/us,并且将电路的放大倍数改成了两倍,输出的波形就变好了,虽然压摆率还是有一些影响,但是这里基本已经能满足我们的要求了。
    在这里插入图片描述
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    4.GBP(增益带宽积)

    这是用来简单衡量放大器的性能的一个参数。就像它的名字一样,这个参数表示增益和带宽的乘积。按照放大器的定义,这个乘积是一定的。GBW=G*B 就是增益和带宽的乘积

    举例说明:一个放大器的GBP号称为1G。如果它的增益为+2V/V。那么带宽=1G÷2=500M。如果它的增益为+4V/V,那么带宽=1G÷4=250M。以此类推。总之,增益和带宽之间满足这个简单的乘积关系。

    总结

    SR是大信号的指标,GBW是小信号的指标;针对不同的运放由于它针对的信号不同那么它的SR和GBW就不同,针对小信号的那么GBW就大,SR就小;相反大信号的时候SR就大,GBW就小;它们之间是没有实际联系的;另外SR和放大倍数是没有关系的,这个是由于SR是运放内部参数,不会因为你放大了好多倍而改变,例如一个运放的SR是0.1V/us,那么放大到1V需要10us,放大到10V需要100us,SR是不会变的!另外SR和增益带宽积是没有直接关系的!

    参考资料
    [1]1PPS:秒脉冲 相关概念理解
    [2]运算放大器选型之十大要点
    [3]压摆率-百度百科
    [4]我看运放的压摆率

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  • 增益带宽积 压摆率

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    带宽:它指的是电路可以保持稳定工作的频率范围,选高速运放能减少对贷款的影响。
    只要能够完美再现方波,就是高带宽电路,带宽与压摆率同时变化、
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    高频下,增益就缩小了,说明增益是有带宽的。在一定频率内增益才稳定。
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    一倍放大 与 10倍放大输出用1/10分频缩小 对比
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    增益越高,带宽越窄增益带宽积为一个常数。
    **

    压摆率

    **
    当输入为阶跃信号时 输出电压时间变化率的平均值。
    在这里插入图片描述
    只要能够完美再现方波,就是高带宽电路,带宽与压摆率同时变化、

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