运放选型笔记
1.运放选型诀窍:请务必选择增益带宽积(GBP)足够高的运放,建议至少是最高信号频率(1.5MHz)的10到20倍。我们选定的AD8066拥有145MHz的带宽,完全满足这一要求。
你问的这个问题非常关键,它触及了运放选型的核心原则之一。之所以建议增益带宽积(GBP)是最高信号频率的10到20倍,并非一个随意的经验值,而是为了保证电路在目标频率下能够稳定、精确且低失真地工作。
简单来说,因为运放的增益带宽积是常数,闭环增益会消耗带宽。公式为:闭环带宽 ≈ GBP / 闭环增益。以AD8066 (GBP=145MHz) 为例,如果你想在1.5MHz下实现10倍增益,那么1.5MHz × 10 = 15MHz的GBP需求,145MHz远大于此,余量十分充足。
具体来说,这10-20倍的余量主要为了解决下面四个问题:
保证闭环增益的精度:运放的实际闭环增益公式为 GCL=AOL1+AOLβGCL=1+AOLβAOL。只有当开环增益 AOLAOL 远大于理论设定的闭环增益 1/β1/β 时,实际增益才接近理论值。随着频率升高,AOLAOL 会下降,误差就会变大。选一个GBP足够高的运放,能确保在1.5MHz的最高信号频率处,AOLAOL 仍然远大于你的闭环增益,从而保证增益精度。
降低闭环输出阻抗:运算放大器的闭环输出阻抗约为 Zout,cl≈Zout,ol1+AOLβZout,cl≈1+AOLβZout,ol。高频时,AOLAOL 下降会导致输出阻抗上升。足够的GBP余量可以让输出阻抗在1.5MHz时仍然保持很低的水平,保证加法器拥有更好的电压源特性,驱动后级电路时不易失真。
减小相位误差和失真:运放本身的非线性主要在高频、大信号时显现。如果GBP余量不足,信号通过运放会产生额外的相移,对于多个频率合成的信号,这会破坏各个频率分量之间的相位关系,导致合成后的波形发生畸变。足够的GBP能让运放在各频点上的相移尽可能小。
为滤波器电路留出空间:在实际电路中,为了确保运放稳定,可能会在反馈回路添加一个小电容来补偿。这个电容会与反馈电阻 RFRF 形成一个低通滤波器,进一步限制闭环带宽。GBP余量越大,这个补偿电容对信号频率产生的影响就越小。
