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放大器中关于带宽和增益带宽等的主要指标

放大器中关于带宽和增益带宽等的主要指标  

2007-11-15 21:02:37|  分类: 运放 |字号 订阅

开环带宽:开环带宽定义为,将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端,从运放的输出端测得开环电压增益从运放的直流增益下降3db(或是相当于运放的直流增益的0.707)所对应的信号频率。这用于很小信号处理。

单位增益带宽GB:单位增益带宽定义为,运放的闭环增益为1倍条件下,将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端,从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db(或是相当于运放输入信号的0.707)所对应的信号频率。单位增益带宽是一个很重要的指标,对于正弦小信号放大时,单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积,换句话说,就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增以后,可以计算出单位增益带宽,用以选择合适的运放。这用于小信号处理中运放选型。

转换速率(也称为压摆率)SR:运放转换速率定义为,运放接成闭环条件下,将一个大信号(含阶跃信号)输入到运放的输入端,从运放的输出端测得运放的输出上升速率。由于在转换期间,运放的输入级处于开关状态,所以运放的反馈回路不起作用,也就是转换速率与闭环增益无关。转换速率对于大信号处理是一个很重要的指标,对于一般运放转换速率SR<=10V/μs,高速运放的转换速率SR>10V/μs。目前的高速运放最高转换速率SR达到6000V/μs。这用于大信号处理中运放选型。

全功率带宽BW:全功率带宽定义为,在额定的负载时,运放的闭环增益为1倍条件下,将一个恒幅正弦大信号输入到运放的输入端,使运放输出幅度达到最大(允许一定失真)的信号频率。这个频率受到运放转换速率的限制。近似地,全功率带宽=转换速率/2πVop(Vop是运放的峰值输出幅度)。全功率带宽是一个很重要的指标,用于大信号处理中运放选型。

建立时间:建立时间定义为,在额定的负载时,运放的闭环增益为1倍条件下,将一个阶跃大信号输入到运放的输入端,使运放输出由0增加到某一给定值的所需要的时间。由于是阶跃大信号输入,输出信号达到给定值后会出现一定抖动,这个抖动时间称为稳定时间。稳定时间+上升时间=建立时间。对于不同的输出精度,稳定时间有较大差别,精度越高,稳定时间越长。建立时间是一个很重要的指标,用于大信号处理中运放选型。

等效输入噪声电压:等效输入噪声电压定义为,屏蔽良好、无信号输入的的运放,在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压。这个噪声电压折算到运放输入端时,就称为运放输入噪声电压(有时也用噪声电流表示)。对于宽带噪声,普通运放的输入噪声电压有效值约10~20μV。

差模输入阻抗(也称为输入阻抗):差模输入阻抗定义为,运放工作在线性区时,两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。差模输入阻抗包括输入电阻和输入电容,在低频时仅指输入电阻。一般产品也仅仅给出输入电阻。采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于10兆欧;场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大于109欧。

共模输入阻抗:共模输入阻抗定义为,运放工作在输入信号时(即运放两输入端输入同一个信号),共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比。在低频情况下,它表现为共模电阻。通常,运放的共模输入阻抗比差模输入阻抗高很多,典型值在108欧以上。

输出阻抗:输出阻抗定义为,运放工作在线性区时,在运放的输出端加信号电压,这个电压变化量与对应的电流变化量的比值。在低频时仅指运放的输出电阻。这个参数在开环测试。

来自"http://baike.chinaecnet.com/eewiki/index.php/%E5%B8%A6%E5%AE%BD%E5%92%8C%E5%A2%9E%E7%9B%8A%E5%B8%A6%E5%AE%BD"

问:如何估算多级放大器的频宽:如果设计一个带宽为DC-100MHz的放大器,总增益为50倍,共三级放大,运算放大器的单位增益带宽为1GHz,请问如何估算总带宽?

答:运放的增益带宽积=增益×(-3dB带宽),例如,若三级运放增益分配为:第一级为:+2,那么它的-3dB带宽=1000MHz/2=500MHz,第二和第三级的增益都为+5,那么它的-3dB带宽=1000MHz/5/1.4=140MHz,所以系统的总增益为2×5×5=50,带宽为140MHz>100MHz,符合设计要求。

 

注:这里假设所提的1000MHz运放的增益带宽积等于其单位增益时的-3dB带宽

级联运放的-3dB上限频率带宽fh由如下方法计算:

设第一级放大器的增益表达式:A1(j2πf)=A1/[1+j(f/f1)] 其中:f1为第一级-3dB带宽

  第二级放大器的增益表达式:A2(j2πf)=A2/[1+j(f/f2)] 其中:f2为第二级-3dB带宽

那么级联放大器的总增益表达式:A(j2πf)= A1(j2πf)×A2(j2πf)=A/[1+j(f/f1)] ×[1+j(f/f2)] ,设:绝对值 A(j2πfh)=绝对值A/20.5,这一点是级联放大器的-3dB点其中:fh为-3dB带宽,

所以:[1+(fh/f1)2] [1+(fh/f2)2]=2  , fh=1/[(f1)-2+(f2)-2]0.5因为:f1=f2=200MHz,

所以,fh=1/20.5×200MHz=141.4MHz

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