运放开环增益，闭环增益，增益带宽积与频率的关系。压摆率对输出信号影响，TINA仿真验证

news2024/12/25 12:50:46

开环增益

运放开环增益AOL，运放负反馈形成固定放大倍数的闭环增益，形成的条件是建立在''AOL=无穷大”的基础之上，实际运放的AOL并不是无穷大，是和频率有关系的。

当AOL不是无穷大时候，虚短是不成立的。并且当AOL比较小的时候，实际增益与理想运放增益是有差异的，当使用运放的时候，如果我们想要的闭环增益越大，就要要求AOL越大，AOL 本身就不是固定的，它跟频率有关系，这也就造成了运放的使用有了限制。

仍以LM2904的数据手册为例子

其典型开环增益是140V/mV=14 万倍，最小值是7万倍，如果考虑到温度的影响，只有3.5万倍。

手册还给出了LM2904的开环增益随频率和相位的变化关系

从图中可以看出，开环增益随频率是一直在下降的，当频率在1.2MHZ时候，AoL=0dB，也就是说，这个运放没有放大作用，开环增益为零，既不放大也不衰减。这个频率点就是运放的单位增益带宽，也是运放的增益带宽积。

使用运放的时候，要衡量放大信号的频率是多少，如果过大开环增益就会比较小，导致闭环增益达不到设计目标。

LM2904的增益带宽积

如果要对信号进行十倍的放大，最大可以放大多大频率的信号： GBW=1.2Mhz，Av=10 倍，计算f=GBW/Av=120Khz，即这个情况下运放最大可以放大120Khz 的信号，频率高了增益就会下降，会造成输出信号失真。

需要注意的是1.2MHZ的增益带宽积对应的增益是3dB的时候，即信号已经有了衰减，另外，考虑到温度等一些其他影响，实际并不能放大120KHZ的信号，使用时候应该留有足够大的裕量。

如图是LM2904闭环增益与频率之间的变化关系

可以看到，放大10 倍的时候，增益下降3db 对应的频率大概就是100K 多一点，与前面计算的120Khz 基本相符合。如果要求增益非常准确，从曲线上看，频率可能只能用到30Khz 左右了。

压摆率SR

运放的压摆率被定义为由输入端的阶跃变化所引起的输出电压的变化速率，单位是V/us

压摆率SR表明了运放输出端所能提供的最大变化速率，如果输出端想要输出比这个速率还快的变化，运放就提供不了，这会导致输出波形变形，原本的正弦波就变成了三角波。

压摆率计算

需要保证输出信号的最大斜率小于运放的SR 参数就可以

式子2πF*Vp 里面有两个变量，一个是信号幅度Vp，一个是信号频率，当信号幅度比较小，频率低的时候，压摆率的条件很容易满足。频率一般受到带宽限制，当输出信号幅度小的时候，频率也能满足GBW要求，压摆率一般不会有什么问题。需要特别注意的是，当信号幅度大的时候，即使频率在GBW范围，也有可能压摆率问题，导致信号失真。所以大信号的放大电路要考虑压摆率问题。