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運算放大器這一分類下有許多子分類,例如高速運算放大器、精密運算放大器、低噪聲運算放大器等。那么,高速運放的“高速”究竟體現在運放哪些參數上呢?
運放的帶寬(Bandwitdth, BW)指運放的-3dB帶寬,指的是閉環使用時在某個指定閉環增益下,增益變為低頻增益0.707倍時信號的頻率,帶寬分為小信號帶寬和大信號帶寬兩種,小信號通常指200mV以下的信號。增益帶寬積(Gain Bandwidth Product, GBW)指指定頻率處,運放的開環增益(Open-loop gain,Aol)與指定頻率的乘積;運放開環使用時,運放的放大倍數即為開環增益,增益dB與放大倍數的換算公式為Gain=20lg(Vout/Vin)。帶寬和增益帶寬積衡量了運放處理交流信號的能力。壓擺率(Slew Rate, SR)指閉環使用時,輸入端輸入一階躍大信號,在輸出端測得信號上升的速率。當輸入大信號為正弦波時,若正弦波較大斜率高于運放壓擺率時,輸出信號便會失真;例如輸入一較大斜率高于運放壓擺率正弦波,輸出則會變為斜率為運放壓擺率的鋸齒波,這是由于運放響應輸出電壓的能力小于輸入信號的變化率導致的。由壓擺率可以引出運放全功率帶寬(Full-power Bandwidth, FPBW),FPBW=SR/2πVp。壓擺率和全功率帶寬衡量了運放處理大信號的能力。通常將帶寬>50MHz,壓擺率>10V/us的運放被稱為高速運放;乾鴻微自研并經由國內工藝流片的HA1002E型高速寬帶運算放大器是一款小信號帶寬500MHz,增益帶寬積200MHz,壓擺率360V/us的高速電壓反饋CMOS 運算放大器,同時具有高輸入阻抗、低噪聲、單位增益穩定以及軌到軌輸出的HA1002E適合應用于需要高帶寬的視頻領域、高速數據采集和信號處理、光學前端TIA放大等等。
HA1002E應用于光學前端TIA放大原理簡圖
HA1002E應用于光學前端TIA放大原理圖如上圖所示,采用雙電源供電,電源電壓分別為±2.5V,均接一組1uF和0.1uF的電容用于濾波,輸入端為幅值10uA,1ms/0.5ms占空比的脈沖,反饋電阻R4為20kΩ,即增益為20k,輸出波形如下圖所示,OUT=I1*20k。
OUT輸出圖(有補償電容)
輸出出現如下圖所示震蕩現象是增益過大相位裕度不足導致的,此時應在反饋電阻處并聯一補償電容C7,電容值為1pF~10pF。
OUT輸出圖(無補償電容)
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