运放参数的详细解释和分析-part18,压摆率(SR)

我始终觉得运放的压摆率(SR)是与运放的增益带宽积GBW同等重要的一个参数。但它却常常被人们所忽略。说它重要的原因是运入的增益带宽积GBW是在小信号条件下测试的。而运放处理的信号往往是幅值非常大的信号,这更需要关注运放的压摆率。

压摆率可以理解为,当输入运放一个阶跃信号时,运放输出信号的最大变化速度,如下图所示

它的数学表达式为:

因此在运放的数据手册中查到的压摆率的单位是V/us.下表就是运放datasheet中标出的运放的压摆率。

我在实验室里测过OPA333对阶跃信号响应的波形如下图所示。希望能让大家看的更直观:

讨论完定义和现象,我们来看一下压摆率SR的来源。先看一下运放的内部结构:

  

 这个图有点眼熟,是的,运放的SR主要限制在内部第二级的Cc电容上。这个电容同时也决定着运放的带宽。那运放的压摆率,主要是由于对第二级的密勒电容充电过程的快慢所决定的。再深究一下,这个电容的大小会影响到运放的压摆率,同时充电电流的大小也会影响到充电的快慢。这也就解释了,为什么一般超低功耗的运放压摆率都不会太高。好比水流流速小,池子又大。只能花更长的时间充满池子。

下表是一些常用到TI运放的压摆率和静态电流:

上面简单说了一个影响压摆率SR的因素。下面该说SR对放大电路的影响了。它的直接影响,就是使输出信号的上升时间或下降时间过慢,从而引起失真。下图是测试的OPA333增益G=10时波形。由于OPA333的增益带宽积为350kHz,理论上增益为10的时候的带宽为35kHz。但下图是24kHz时测试的结果。显然输出波形已经失真,原因就是压摆率不够了。带宽也变成了27kHz左右。


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