运放块压摆率的注意事项和非线性特征及其运用分析

captzs 发表于 2020-09-14 10:07:33 收藏 已收藏
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运放块压摆率的注意事项和非线性特征及其运用分析

captzs 发表于 2020-09-14 10:07:33
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1),运放块压摆率(SR):运放块单位时间输出电平变量。

SR=2πfVpk公式计算正弦波的升降沿斜率,作为选择运放块压摆率参数的依据,公式推导:

运放块压摆率的注意事项和非线性特征及其运用分析

那么三角波和矩形波/梯形波电路如何计算?

1-1),波形对称的三角波(图红线)电平从0上升到Vpk,所用时间(t2-t1)=1/4周期,因为周期T=1/频率f,所以,上升斜率=Vpk/(1/4T)=4×f×Vpk,即计算运放块工作于三角波线性电路压摆率公式:SR=4×f×Vpk。压摆率少于此公式的计算值,输出信号就失真如绿线。

波形不对称的三角波,则要参照梯形波计算方法。

1-2)矩形波/梯形波压摆率

无论频率多少,理想矩形波前后沿垂直,无限大压摆率的运放块输出信号才不失真;而梯形波,运放块压摆率不小于其前后沿斜率,输出信号才不失真。只能用SR=Vpk/(t2-t1)公式。如图前后沿斜率对称梯形波(红线),上升沿从0至1V所用时间10ns,则斜率=1e+8v/s。小于此压摆率,波形失真如图绿线。

前后沿斜率不对称时,压摆率的计算要就高者。

1-3)压摆率几个注意事项

AA)上述公式计算结果是运放块线性工作的最低压摆率。

BB)度量条件一样的压摆率才可比对。

CC)运放块压摆率不随放大倍数改变。

DD)运放块的压摆率大于输入信号斜率,输出波形斜率同输入信号。

EE)运放块的压摆率小于或等于输入信号斜率,输出波形斜率同压摆率。

2)运放块单位增益频宽(DB)

单位增益频宽是增益为1的增益频宽积,增益频宽积是固定值,增益越大,单位增益频宽越小,要根据运放块放大倍数选择单位增益频宽。如果选择小单位增益频宽的运放块,输出波形就非线性“失真”。

仿真测试,输入10mv/1MHz(1e+6)正弦波(图红线),压摆率设置默认,取单位增益频宽1e+6Hz运放块接成跟随器,输出信号如图1:1绿线,明显失真。频宽大至1.5e+7Hz ,目视输出信号才不失真,如图1:15黑线重叠于红线。但是,梯形波电路,单位增益频宽最少是输入信号的40倍(黑线重叠于红线);矩形波电路,最少100倍,目视输出信号才不失真,即使选择较大压摆率也无济于事。

3)逻辑器件的传输延时:分上升和下降延时,输入信号加到诸如门电路、施密特、RS、JK等触发器的输入端,其输出信号电平从低电平(一般是0)上升规定值所用的时间叫上升延时;而输出信号电平从规定值下降到低电平(一般是0)所用的时间叫下降延时。

AA)传输延时极小的器件,可以将输入信号整形成为矩形波。

BB)输出信号波形特征由传输延时参数决定。

CC)设定延时参数得到对应的定时。

DD) 宽度小于传输延时的脉冲会被滤掉。

EE)利用上升和下降延时不对称器件完成特殊功能。

4)压摆率与单位增益引起的非线性特征及其运用

如下图,正弦波(红线)经压摆率较小的运放块,输出波形(黑线),除了移相、幅度缩小外,其升降沿成了斜直线;矩形波(红线)则前后沿斜率变缓或者变成三角形(黑线)。

如下图正弦波(红线)经单位增益频宽较小的运放块输出波形(绿线),保持原形移相但幅度明显缩小, 单位增益频宽更小时就如黑线;梯形波(红线)则象阻容移相/积分一样。

了解其波形特征,便可正确运用:

AA) 压摆率适度小而单位增益频宽足够大(太小则输出波形前后沿成弧线)的运放块跟随器,可以将矩形波转换为梯形波或三角波;数个跟随器连用则成为正弦波。

BB)压摆率和单位增益频宽适度小的运放块跟随器,等效于滤波器抑制窄脉冲和高频信号。

CC)单位增益频宽小的高倍放大运放块,等效于RC积分电路,多级连用更佳。

DD)当发现线性运用运放块输出信号失真,对照上波形图判别那个参数选择错。

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