GBP增益頻寬積

2021-08-17 22:47:30 字數 1888 閱讀 3273

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)

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