增益頻寬積gbp(gainbandwithproduct)一般指電壓反饋運放的乙個特徵引數,定義為在某頻率下測量的開環電壓增益與測量頻率的乘積,其單位為hz(見圖1以20db每10倍頻線性下降的部分,其中開環電壓增益aol定義為輸出電壓的變化量與輸入端之間電壓的變化量之比,為圖1中最左端水平部分,這個值只在直流和低頻時有效。隨著頻率增長到運放的主極點頻率,開環電壓增益變得與頻率有關並被gbp所代替)。其值在數值上和單位增益頻寬相等。
公式表示:其中
同時由於bode圖橫縱座標單位及表示方式的關係,無法在圖中以面積的方式來表示gbp,gbp的大小可以用單位增益頻寬來表示。
圖1受到傳輸訊號的頻寬限制,以及所需的訊號放大倍數約束,一般高增益時使用多級放大來降低對gbp的要求。
運放電路傳遞函式
對於小訊號的放大,一般認為在引入深度負反饋的情況下,在整個訊號頻寬內運放環路穩定,則電路設計沒有問題。對於
圖2
圖3以跨阻運放
tia(
trans-impedance amplifier
)放大電路設計為例。電路,實現
i-v轉換,求取閉環訊號頻寬:
圖4 前置放大等效電路
圖5 op的開環響應曲線,其增益頻寬積為6.5mhz,引腳輸入電容為1pf
使用的pin二極體,其結電容引數為3pf@10v,ci=3+1=4pf
設輸入訊號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)
可得低頻漸進線:1/fo=1;
高頻漸進線:1/foo=(cf+ci)/cf=5。
圖6光電二極體放大器雜訊增益示意圖
如圖6,其中
ft=gbp=6.5mhz,為單位增益頻寬;
fz= 1/(2pi*rf(cf+ci))=8.1khz,為1/f零點頻率;
fp=1/(2pi*rf*cf)=40. 6khz,為1/f極點頻率;
fx= ft/(1/foo)=(gbp*cf)/(cf+ci)=1.3mhz,為|af|=1的頻率,即閉環頻寬。
此例根據gbp計算出來了閉環頻寬fx,且fx>fsignal=40khz,所以設計滿足要求。
通過matlab驗證計算結果:取fc=gbp/aol=65hz,分別對a(s)及1/f(s),進行伯德圖繪製可以得到圖7,根據w=2*pi*f=8.16mrad/s可以發現fx的結果基本一致。
圖7 a
(s)(綠色)
、1/f(s)(藍色)
關於運放的SR 壓擺率 和GBP(增益頻寬積)
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