壓擺率為何會(huì)導(dǎo)致放大器輸出信號失真?
發(fā)布時(shí)間:2020-09-23 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】壓擺率限制原因和影響因素:放大器低頻極點(diǎn)是受輸入級的米勒補(bǔ)償電容影響,壓擺率是受到放大級米勒補(bǔ)償電容的影響。
1. 壓擺率限制原因和影響因素
放大器低頻極點(diǎn)是受輸入級的米勒補(bǔ)償電容影響,壓擺率是受到放大級米勒補(bǔ)償電容的影響。
如圖 2.128,放大器的輸入級與放大級電路示意圖。輸入級跨導(dǎo) gm 將輸入的差分信號轉(zhuǎn)化為輸出電流 Iout,Iout 流入放大級并對米勒補(bǔ)償電容進(jìn)行充電。流過電容的電流(ic)與電容兩邊電壓關(guān)系,如式 2-80。
當(dāng) ic 為常數(shù)時(shí),電容兩端的電壓將隨時(shí)間 t 呈線性變化。
圖 2.128 放大器放大級米勒電容示意圖
所以當(dāng)放大器輸入的差分信號為小信號時(shí),輸入級的輸出電流 Iout 遠(yuǎn)小于極限值,Iout 隨輸入差分信號變化而變化,放大級的輸出電壓 Vo 不受影響。而在輸入信號為大信號時(shí),輸入級的輸出電流 Iout 達(dá)到極限值 Iout(MAX),即飽和恒流狀態(tài),輸入級不再遵循“虛短”原則,放大級的輸出電壓 Vo 跟隨時(shí)間以固定斜率呈線性狀態(tài)增加,這種現(xiàn)象稱為壓擺率限制。
影響壓擺率的重要因素是放大器內(nèi)部體效應(yīng),即半導(dǎo)體基片與襯底會(huì)形成 PN 節(jié),具有結(jié)電容(體效應(yīng)電容),如圖 2.128 輸入級 Cbody。由于 Cbody 的形成將分流 Iout,當(dāng) Cbody 等于 Cc 時(shí),Iout 下降 50%,壓擺率也將下降 50%。體效應(yīng)問題在同相放大電路中比較突出,因?yàn)楣材k妷弘S輸入信號變化而變化進(jìn)而影響 Cbody。共模電壓越高使得壓擺率越低。在反相放大電路中,共模電壓為常數(shù),輸入信號不會(huì)影響壓擺率。
影響壓擺率的另一因素是溫度,半導(dǎo)體器件參數(shù)的性能與工作溫度相關(guān)。在放大器數(shù)據(jù)手冊中會(huì)提供壓擺率與溫度示意圖,通常壓擺率隨著溫度上升而在一定范圍內(nèi)增加,如圖 2.129 為 ADA4807 壓擺率與溫度示意圖。
2.129 ADA4807 壓擺率與溫度示意圖
2. 壓擺率仿真
壓擺率仿真電路如圖 2.130,使用 ADA4807 組建的緩沖器電路,分別以峰峰值為 5V 和 50mV,頻率為 20KHz 的方波信號作為輸入激勵(lì)(V3)進(jìn)行瞬態(tài)仿真。
圖 2.130ADA4807 緩沖電路壓擺率仿真圖
在峰峰值為 5V,頻率為 20KHz 的方波激勵(lì)信號上升沿,ADA4807 的壓擺率仿真結(jié)果,如圖 2.131。
圖 2.131 ADA4807 緩沖電路大信號激勵(lì) SR+仿真結(jié)果
在 50.0033μs 時(shí) ADA4807 的輸出電壓為 -2V,在 50.0211μs 時(shí) ADA4807 的輸出電壓為+2V(圖 2.126 中 ADA4087 壓擺率測試條件為 20%到 80%),由此可得:
仿真計(jì)算結(jié)果 224.7V/μs 近似于 ADA4807 數(shù)據(jù)手冊 SR+的典型值 225V/μs,如圖 2.126。
圖 2.126 ADA4807 動(dòng)態(tài)性能參數(shù)
在峰峰值為 5V,頻率為 20KHz 的方波激勵(lì)信號下降沿,ADA4807 壓擺率仿真結(jié)果,如圖 2.132。
圖 2.132 ADA4807 緩沖電路大信號激勵(lì) SR- 仿真結(jié)果
在 70.013μs 時(shí) ADA4807 的輸出電壓為+2V,在 70.0282μs 時(shí) ADA4807 的輸出電壓為 -2V(圖 2.126 中 ADA4087 壓擺率測試條件為 80%到 20%),由此可得:
仿真計(jì)算結(jié)果為 263V/μs,接近數(shù)據(jù)手冊 SR- 的典型值 250V/μs,如圖 2.126。
在峰峰值為 50mV,頻率為 20KHz 的方波激勵(lì)信號上升沿,ADA4807 壓擺率仿真結(jié)果,如圖 2.133。
圖 2.133 ADA4807 緩沖電路小信號激勵(lì) SR+仿真結(jié)果
在 50.003μs 時(shí) ADA4807 的輸出電壓為 -21.03mV,在 50.00091μs 時(shí),ADA4807 的輸出電壓為+18.93mV,由此可得:
可見在小信號作為激勵(lì)時(shí),壓擺率的仿真計(jì)算結(jié)果為 6.5V/μs,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 ADA4807 的 SR+壓擺率典型值 225V/μs。
比對上述仿真結(jié)果可以驗(yàn)證壓擺率適用于大信號的帶寬分析,但是大信號是作為輸入條件還是輸出條件仍有疑問。上述緩沖器電路在輸入小信號時(shí),輸出仍然是小信號。如果將輸入小信號通過增益電路產(chǎn)生大信號輸出時(shí),結(jié)論是否不同?
如圖 2.134,電路增益設(shè)計(jì)為 125 倍,輸入信號是峰峰值為 50mV,頻率為 20KHz 的方波小信號。
圖 2.134 ADA4807 增益為 125 倍的小信號激勵(lì) SR+仿真電路
在峰峰值為 50mV,頻率為 20KHz 的方波激勵(lì)信號上升沿,ADA4807 壓擺率仿真結(jié)果,如圖 2.135。
圖 2.135 ADA4807 增益為 125 倍的小信號激勵(lì) SR+仿真結(jié)果
輸出信號正相的峰值為 2.986V,反相峰值為 -3.262,電路的閉環(huán)增益為:
計(jì)算電路增益為 124.96 倍,符合預(yù)期設(shè)計(jì)。在 50.0237μs 時(shí) ADA4807 的輸出電壓為 -2.609V,在 50.2562μs 時(shí) ADA4807 的輸出電壓為+2.384V,由此可得:
該仿真計(jì)算結(jié)果為 21.4V/μs 與數(shù)據(jù)手冊中 SR+指標(biāo) 225V/μs 仍然存在很大差異。由此可見,在電路輸出為大信號,輸入為小信號時(shí)壓擺率也不會(huì)受限。
綜上,由于放大器內(nèi)部的放大級電路中存在米勒電容,使得放大器的輸入端信號為大信號時(shí),容易由于壓擺率的限制導(dǎo)致放大器的輸出信號產(chǎn)生失真。
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請電話或者郵箱聯(lián)系小編進(jìn)行侵刪。
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- “扒開”超級電容的“外衣”,看看超級電容“超級”在哪兒
- DigiKey 誠邀各位參會(huì)者蒞臨SPS 2024?展會(huì)參觀交流,體驗(yàn)最新自動(dòng)化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索