運算放大器轉(zhuǎn)換速率與功率帶寬

運算放大器轉(zhuǎn)換速率與功率帶寬

上述最終一個特性是轉(zhuǎn)換速率。它是運放輸出電壓變化的最大速率。圖13－16顯示了輸入階躍電壓時發(fā)生的現(xiàn)象，由于輸入信號變化太快，受運放內(nèi)部RC時間常數(shù)的限制，輸出端不能跟隨輸入電壓變化。轉(zhuǎn)換速率是在給定的時間內(nèi)輸出電壓轉(zhuǎn)變的伏特數(shù)即SR=Δu/Δt。對運算放大器，轉(zhuǎn)換速率的時間單位常用微秒。有些運放的轉(zhuǎn)換速率是0.04V/μs，另外一些是70V/μs,有些運放采納了不同電路原理和特別制造工藝其轉(zhuǎn)換速率達到很高的值，如AD9610，它的SR=3500V/μs，CLC220，它的SR=7000V/μs。

在高頻工作時，轉(zhuǎn)換速率是一個重要因素。某些運放不能快速轉(zhuǎn)換以重現(xiàn)輸入信號。圖13－17顯示了一個轉(zhuǎn)換速率失真的例子。

當(dāng)集成運放輸出電壓為不失真電壓，即uo(t)=Vpsinωt，uo(t)隨時間的最大變化率是：

其意義如圖13－17（a），正弦波在過零點電壓有最大的變化速率，為了使輸出信號不失真，電壓最大的變化率不能大于運放的轉(zhuǎn)換速率。這樣我們可知轉(zhuǎn)換速率對最高工作頻率的限制。

ωmaxVp≤SR或者fmax≤SR/6.28×Vp，這里的SR是轉(zhuǎn)換速率，單位是V/μs，Vp是輸出電壓的峰值，單位是V。

留意圖13－17（b），輸入信號是正弦波而輸出信號是三角形，直線的斜率代表轉(zhuǎn)換速率SR。對于一個線性放大器，輸出的信號應(yīng)當(dāng)與輸入信號有同樣外形。任何偏離被稱作失真。

除引起失真以外，轉(zhuǎn)換率還可能阻擋運算放大器產(chǎn)生最大的輸出電壓擺幅。大信號比小信號受更多的限制。打算因素是信號頻率，輸出信號幅度，和運放轉(zhuǎn)換速率。

運放的功率帶寬

象LM741C通用運算放大器在15V電源時能夠產(chǎn)生13V的最大峰值的輸出信號。假如它的轉(zhuǎn)換速率是0.5V/μs，讓我們看一下正弦波的最大頻率是多少？

6.12kHz被稱作運放的功率帶寬。假如正弦輸入信號頻率明顯大于6.12kHz，而且輸入信號幅值大得足以驅(qū)動輸出信號到13V。將有兩件事情發(fā)生，（1）輸出信號消失失真；如圖13－17（b）所示（2）輸出振幅的峰值將比13V小。

例1

計算高速運放AD9610的功率帶寬，它的SR=3500V/μS，假定運放輸出信號峰峰值是20V。已知轉(zhuǎn)換速率是3500V/μS，峰值是峰峰值的一半，應(yīng)用公式：

55.73MHz的功率帶寬是很寬的，這種運放常用于放大視頻信號等高頻、高速信號。

表1運放性能示例：

器件

特點

Au/dB

Zin,Ω

CMRR,dB

帶寬

MHz

轉(zhuǎn)換率

V/μs

TL070

BIFET低噪聲

106

1012

86

3

13

TL080

BTFET低功率

106

1012

86

3

13

TLC277

CMOS

92

1012

88

2.3

4.5

LM308

高性能

110

40×106

100

1

0.3

LM318

高性能

106

3×106

100

15

70

LM741C

通用

106

2×106

90

1

0.5

TLC27L7

CMOS低電壓

114

1012

88

0.1

0.04

典型運放如LM741