如何知道放大器的信号带宽大小选择

Gustavo Castro

当我们谈论放大器的带宽时，我们实际上是在谈论使用小信号模型的放大器的频率响应。该模型的推导假设电路围绕偏置点呈线性，或者换句话说，其增益保持恒定，与施加的信号无关。如果信号足够小，则模型工作得很好，并且无法检测到其与现实的偏差。

每个人都喜欢使用此模型，因为它简化了设计和分析过程。如果我们使用大信号模型——也就是说，包括所有的非线性方程——电路会变得非常复杂，至少对于像我这样的凡人来说是这样。1因此，小信号模型和正弦信号将复杂性提高到可管理的水平。

但严格来说，即使是最小的实际信号也会使晶体管电路（例如运算放大器）的偏置点发生一点变化。信号越大，就越难忽略非线性效应，这最明显地表现为失真。在某些时候，信号变得太快且太大，以至于放大器达到其压摆率限值——相当于放大器输出的最大变化率，通常以伏特/微秒 （V/μs） 表示。当压摆率有限时，放大器落后，在信号开始斜坡下降之前没有达到信号峰值，总体结果是信号幅度小于预期。此时，放大器已接近大信号带宽。通常，这种情况发生在低于小信号带宽的频率下，并且信号最明显失真。但信号不会突然变成失真惨败;相反，失真会随着幅度和频率的增加而逐渐增加。我们可以说，当失真超过系统可以容忍的范围时，信号太大。

图1.当80 MHz放大器达到大信号带宽条件时，输出信号（红色）不能再跟随3 MHz输入正弦波（绿色）。

那么，我们如何知道放大器的速度是否足以处理信号呢？首先，像往常一样，确保小信号带宽足以获得所需的增益。如果是，则在数据手册中查找大信号带宽规格（或曲线图）。如果不可用，最简单的解决方案是转到基础知识并使用公式

SR [V/μs] = Peak_Amplitude × 6.28 ×频率 [MHz]

一个好的经验法则是选择压摆率比所需高10×的放大器。然后，查看数据手册上所需频率和幅度下的失真曲线，以确保信号对于放大器来说足够小。

例如，ADA4807-1作为电压跟随器，采用±225 V电源供电时压摆率为5 V/μs。即使放大器的小信号带宽约为180 MHz，使用36 V p-p信号时，放大器也无法超过2 MHz。对于4 V p-p，相同的理论限值将降至约18 MHz。此外，压摆率通常通过阶跃测量，在该阶跃下，内部压摆增强电路启动以改善建立时间，但对正弦信号的响应实际上可能稍慢（数据手册规定大信号带宽为28 V p-p时为2 MHz）。典型特性部分中的失真图显示了谐波失真随频率和幅度的增加而增加，从中可以确定是否可以获取信号citius，altius和fortius（更快，更高，更强）。

审核编辑：郭婷