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增益带宽积GBP与单位增益带宽之间有什么联系?怎么用增益带宽积GBP这个参数选择自己需要的运放?

Other Parts Discussed in Thread: OPA637, OPA627, TINA-TI, OPA842

问题:

1.详细介绍增益带宽积GBP与单位增益带宽的概念(我是新手,容易把概念搞混,请说的详细一点,浅显易懂一点)

2.两者的区别

3.两者的联系

4.我在某些运放的datasheet上只列出来了单位增益带宽,而没有列出增益带宽积(我已经知道只有电压反馈运放1有增益带宽积),这是怎么回事?两者之间可以相互转化吗?有转化的公式吗?

5.我在黄争老先生写的《德州仪器高性能模拟器件高校应用指南》中看到:倘若一个信号的带宽是f,闭环增益是G,为了保证有足够裕度,要求选用的运放的GBP=100*f*G;但是一个学长说,f,G 前的系数是10就可以了,我想确定一下,我到底应该信哪个?请各位大神给我一个权威答案

  • 增益带宽积GBP与单位增益带宽 描述的是放大器相同的特性。

  • 增益带宽积这项参数主要是针对运算放大器,它可以让电路设计人员通过指定的器件频率(或频带)来确定其最大增益,反过来也同样适用。

    单位增益带宽:也即是-3dB带宽,表示增益为1时随着信号频率增加,输出信号幅度信号下降到-3dB时的带宽。

  • 你好,一般运放的都是用增益带宽积GBP来表征其处理交流信号的能力,是一个常数。

    单位增益带宽是指在运放电路闭环增益为0db时的带宽。

  • 这里对这个概念进一步解释下:

    低频断点fo通过以下等式计算:

    fo=1/(2π*RT*Cp)

    高频响应完全取决于gm和Cp:

    Vout=v*gm/(jw*Cp)

    单位增益带宽频率fu发生在|vout|=|v|时。使ω = 2πfu且|vout| = |v|,上面式子中的fu可以求解。

    fu=gm/(2π*Cp)

  • 这个时候,我们可以使用反馈理论来推导电路信号输入电压vin及其输出电压vout之间的闭环关系:

    在运放3db闭环带宽频率fcl下:

    得到:

    通过上面的式子,我们可以看到VFB运算放大器的一个基本属性:闭环带宽与闭环增益之积是一个常数,即VFB运算
    放大器在多数可用频率范围内将展现一个恒定不变的增益带宽积。

  • “5.我在黄争老先生写的《德州仪器高性能模拟器件高校应用指南》中看到:倘若一个信号的带宽是f,闭环增益是G,为了保证有足够裕度,要求选用的运放的GBP=100*f*G;但是一个学长说,f,G 前的系数是10就可以了,我想确定一下,我到底应该信哪个?请各位大神给我一个权威答案”

    这个系数是为了保证有足够的带宽裕量,如果取得太小,增益幅度很可能会小于预设值。取100会显得更为保守。

    我一般都是取10来选型,然后进行电路的仿真,确定带宽是否足够,再作进一步的调整。

  • 有几个问题想要确定一下:

    1.fcl是否为运放在闭环反馈下从同相端输入的信号带宽?

    2.fu是否为单位增益带宽?

    3.如果上面1.2.成立的话,那么就是输入信号的带宽乘以增益等于单位增益带宽(即fu=fcl * Gain),那fu不就是GBW了吗?那就是说,单位增益带宽与GBW是一回事,是这样吗?

  • 1.fcl指的是闭环增益带宽,在这里与从哪个端输入没有什么必然的联系。

    2.fu 所指的就是单位增益带宽。

    那是是否就能说明单位增益带宽和GBW就是同一回事呢?请看下面的解释:

  • 上面回复时,我有拿“VFB运算放大器的模型和波特图”这个电路做说明,其实从电路中可以看到,是一个单极点放大器的简单模型以及对应的波特图。

    如果运算放大器有一个单极点,则开环增益继续以该速率下降,如图1A所示。

    实际的运算放大器一般有一个以上的极点,如图1B所示。第二个极点会使开环增益
    下降至12 dB/8倍频程(40 dB/10倍频程)的速率增加一倍。

    如果开环增益在达到第二个极点的频率之前降至0 dB(单位增益)以下,则运算放大器在任何增益下均会无条件地保持稳定。

    数据手册上一般将这种情况称为单位增益稳定。

    如果达到第二个极点的频率且闭环增益大于1 (0 db),则放大器可能不稳定。

    有些运算放大器设计为只有在较高闭环增益下才保持稳定,这就是所谓的非完全补偿运算放大器。

  • 这个时候,我们就可以作进一步举例说明,单位增益带宽到底跟增益带宽积是同一个概念或者说在数值上相等?

    就我个人认识来说,这个概念是不一样的,数值上是否相等还得分情况:

    图是OPA627和OPA637的开环增益特性曲线,其中OPA637是OPA627的非完全补偿版,其他电气特性几乎一样。

    我们可以看到,在>=0dB时,OPA627都是以6 dB/8倍频程的速度下降(单个极点),在这区间系统都是稳定的。

    而OPA637的第二个极点出现在>=0dB区间(绿线向下弯曲处),使开环增益下降至12 dB/8倍频程(40 dB/10倍频程)的速率增加一倍,

    从0dB到第二个极点出现的增益dB(大概是14db)之间系统都是不稳定的,所以手册中有提到:

    也就是电路增益至少要设置为>=5(14dB).那么上面所述跟单位增益带宽和GBW有什么关系呢?

  • 这里根据上图对OPA627和OPA637分别做进一步的分析:

    在增益为0dB时,OPA627开环增益特性曲线(紫红色,三角)与0dB增益水平线相交于A点(16.24MHZ)处.

    这一点对应的频率就是我们感兴趣的单位增益带宽16.24MHZ,手册中给出的典型值是16MHZ,基本相等。

    以6 dB/8倍频程的速度下降的开环增益特性曲线的重合线与0dB增益水平线相交点对应的频率就是上面提到的增益带宽积。

    OPA627的两个相交点基本上是重叠于A点,也就是在理论上对于OPA627这种单位增益稳定的运放,其单位增益带宽和增益带宽积在数值上是相等的。

  • 在增益为0dB时,OPA637开环增益特性曲线(栗色,十字)与0dB增益水平线相交于B点(35.48MHZ)处.

    这一点对应的频率就是我们感兴趣的单位增益带宽35.48MHZ。

    而其以6 dB/8倍频程的速度下降的开环增益特性曲线的重合线与0dB增益水平线相交于C点(80MHZ)。

    OPA637的两个相交点分布在不同位置,也就是在理论上对于OPA637这种非完全补偿的运放,其单位增益带宽和增益带宽积在数值上是不相等的,单位增益带宽差不多是它的增益带宽积的一半

  • 就因为各运放的第2个极点(以及后面的极点)出现的位置不一样,造成了单位增益带宽和增益带宽积的差异,估计这也是存在两个同样描述带宽特性的概念的原因吧。

    上面就是我个人对单位增益带宽和增益带宽积的理解。如有不同意见,欢迎跟帖。

  • 这里有一篇关于“单位增益稳定放大器和非完全补偿放大器”的应用文章,里面就有提到这个问题:

    http://www.deyisupport.com/blog/b/signalchain/archive/2013/05/23/51435.aspx

  • 问一个关于TINA-TI的问题:

    1.如何在TINA-TI的坐标下,同时显示出两条开环增益曲线,就如你的仿真图中,粉红色的和棕色的曲线如何同时显示?该怎么设置TINA呀?

  • 同样的电路两份(软件只允许配置一个信号源),只是一个IC选用的OPA627,另一个是OPA637。比如下面这样:

  • 仿真原理图中的测试点Vo,VF1,你是怎么放置上的,为什么我用的TINA软件找不出来这样的测试点呢?

  • 虽然Octave有8的意思,但是这里Octave表示的是音调的8度,而音调的8度差别对应频率为倍频的关系,db/octave,db/decade表示的是每倍频程和每十倍频程

  • 1.对于这个概念可以看一下ADI的应用技术手册,上面说明的很详细!还有稳定性的话。。。个人愚见,看相位裕度方便,计算一下环路增益的相位裕度

    2.还有用噪声增益代替闭环增益计算

  • Hi, 

    如有什么不同意见或发现有什么错误欢迎跟帖,希望能听听大家的意见,共同学习下。

  • 你举得这个列子,我问一下,在非完全补偿的运放,在相较于B点的时候,运放是以40db的十倍频程下降,相较于B的时候其增益为1,这个时候其增益带宽积为B点的频率。而其单位的增益也为B点的频率,怎么会用其20db十倍频程相较于C点的频率,这一点么有看懂,麻烦在解释一下,谢谢!

  • 请问为什么opa842的单位增益带宽是增益带宽积的两倍呢?具体问题见http://www.deyisupport.com/question_answer/analog/amplifiers/f/52/t/91381.aspx
  • 看了你的详细推导,学渣心情好激动好感谢啊,每有会意便欣然忘食/滑稽。这种情况下,unity BW应该小于在增益大于5的计算增益带宽积。因为OPA637如果没有第二个极点时,按照20db/dec滚降下去到0db时的频率肯定比双极点存在时的时候要高。
    主要,在设计闭环运放时,为了方便设计,默认Aol无穷大,可以快速算出闭环增益为1/Af=1+R2/R1,但是这个增益在整个频率范围内并不是一直维持的,而且在某个频点处已经衰减到快速计算值得一半了(-3db频点),为了保证余量,实际的工作频率要远远高于这个频点使快速计算关系误差越小。
  • 写错了,频率越低越好,对应的OP的GBWP越高越好。
  • 您好,请问一下,我在有些地方看到运放开环增益特性曲线写6dB/2倍频程下降,但是有的时候又写6dB/8倍频程下降,这是怎么区分,或者哪个是比较合理的呢

  • 您好,

    一般这样写20dB/decade 或6dB/octave,20dB/decade = 6dB/octave。decade(十倍频程)——频率按x10增加或按x1/10减小,从10Hz到100 Hz为一个decade(十倍频程);octave(倍频程)——频率按x2增加或按x1/2减小,从10Hz到20 Hz为一个octave(倍频程)。