part-18 压摆率SR
压摆率SR是一个和运放的增益带宽积同等重要的参数。但常常被忽略。
由于增益带宽积GBW是在小信号条件下测试的,但运放处理的信号往往是幅值比较大的信号,这就更需要关注运放的压摆率。
压摆率可以理解为:当运放输入一个阶跃信号时,运放输出信号的最大变化速率。如下图:
数学表达式为:
因此,在datasheet查到的压摆率单位是V/us.
下图为实验室测试OPA333对阶跃信号相应的波形图:
接下来看一下压摆率的来源,首先看下运放的内部结构,如下图:
其中运放的压摆率主要限制在第二级的电容Cc上,这个电容同时也决定着带宽。
运放的压摆率,主要是由于第二级的密勒电容Cc充电过程的快慢所决定的。
由于电容的大小会影响到压摆率,同时充电电流的大小也会影响到充电快慢,如下图是一些运放的功耗与压摆率的比较:
这也就解释了为什么一般超低功耗运放的压摆率都不会太高,就好比水流流速小了,池子不变,就需要花更多时间了。
上面说了一个影响压摆率的因素,下面说下SR对放大电路的影响。
它的直接影响就是使输出信号的上升时间和下降时间过慢,从而引起失真。
下图是测试OPA333增益为10时的波形。由于OPA333的增益带宽积为350KHz,理论上增益为10的时候带宽为35KHz。但下图是24KHz的测试结果,显然输出的波形出现了失真。原因就是压摆率不够,在输出信号还没有达到最大值的时候,输入信号就已经发生变化。
在上图中,黄色信号是经过放大的输出信号,蓝色(绿色?)信号是输入信号。通过计算公式SR = 2π*f*Vpp 可以知道,在SR= 0.16V/us,频率为24KHz时,得到峰值Vpp=0.16*10^6 /2 /π /24000 = 1.061V,也就是说输出信号的峰峰值最大能达到1.061 * 2 = 2.122 V。
要想上面波形不失真,可计算到频率f= SR/2π/Vpp = 0.16*10^6 /2/3.14/(2.96/2) = 17.2KHz ,就是说输入信号频率不超过17.2KHz的时候,输出不会发生失真。也可参看下图的解释:
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