(笔记)运放的带宽、增益带宽积、转换速率、反馈系统等概念理解

 

1. 什么是带宽

运放的带宽简单来说就是用来衡量一个放大器能处理的信号的频率范围，带宽越高，能处理的信号频率越高，高频特性就越好，否则信号就容易失真，不过这是针对小信号来说的，在大信号时一般用压摆率（或者叫转换速率）来衡量。通常带宽指一般指闭环系统的输出信号功率降为输入信号一半时的频率，也叫-3dB带宽。

列举：

说一个放大器的放大倍数为n倍，但并不是说对所有输入信号的放大能力都是n倍，当信号频率增大时，放大能力就会下降，当输出信号下降到原来输出的0.707倍时，也就是根号2分之一，或者叫减小了3dB，这时候信号的频率就叫做运放的带宽

对于直流信号，一般不需要考虑带宽问题，只需要考虑干扰及精度就可以了。

 

2. 什么是增益带宽积GBW

信号频率 x 实际闭环放大倍数 = 增益带宽积（Gain Bandwidth）

增益带宽积值一般指-3dB带宽乘上低频增益。如果是单极点系统，在信号幅值会在带外以-20dB/dec的速度下降。即频率升高10倍，增益就下降10倍。所以在这个斜率上的增益带宽乘积是不变的，我们把这个乘积定义为增益带宽积 GBW或GBP。

列举：某个运放的增益带宽积=1MHz，若实际闭环增益=100，则理论处理小信号的最大频率=1MHz/100=10KHz。

 

3. 转换速度（压摆率）SR

运放转换速度概念：运放在闭合条件下，将一个大信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测的输出上升速度，由于在转换期间，运放的输入极处于开关状态，因此运放的反馈回路不起作用，也确定转换速率与闭合增益无关。转换速度关于大信号处理是个重要指标。

选型：

SR<10V/us（一般运放）

SR>10V/us（高速运放）

 

4. 增益G
简而言之就是放大倍数，一个系统的输出信号与输入信号的幅值比例。
如果用分贝数来表示：分贝数dB = 20 lg ( Vout / Vin )
举例：

40dB时，幅值之比为100倍。

-3dB时，幅值之比为0.707倍。

-6dB时，幅值之比为0.5倍。

【补】用分贝来表示功率之比时计算式不同：
分贝数dB = 10 lg ( Pout / Pin )
例如40dB时，功率之比为10000倍。-3dB时，功率之比为0.5倍。-6dB时，功率之比为0.25倍。
【补】相位噪声定义为噪声功率密度与载波功率之比的分贝数，也是10倍的表达式。-3dB为半功率点。

 

负反馈系统中一些概念
开环增益：去掉反馈回路的前向通路的增益
闭环增益：考虑反馈回路的整个系统的增益
环路增益：开环增益 * 反馈系数β（0<β≤1，β=1时环路增益=开环增益，判定PM的频率最高，系统稳定性最差）
【补】环路增益的UGB = 闭环系统的-3db带宽（深度负反馈时）

在PLL中，环路增益越大，闭环增益的带宽越大。（即环路增益越大，带宽越大）

 

5. 输出电压范围

在使用运放时，需要特别关注运放输出电压的上限以及下限（注：以单极性供电举例，上限并不等于供电电压、下限也并非0V）。事实上：不同型号、不同负载条件下，其能达到的上下限电压均有所不同。

下方是LM321型号规格书中的的输出电压范围介绍：

 

下方是LM2904型号的输出电压范围介绍：