运算放大器 带宽
栏目:技术知识 发布时间:2025-08-05 10:01:40

不少影视剧中都出现过音响设备的身影,也留下了诸如“高音甜,中音准,低音沉。总之一句话,就是通透”这样的经典台词。其中“高音甜”通常是对声音表现的高度赞扬,意指高音细节丰富细腻,层次分明。

然而,“高音细节丰富”这点,为何在我购买的音响设备上却难以体现?实际聆听时,那些本应清晰的高频声音往往变得微弱甚至消失不见。这背后的关键原因,很可能就是放大器的带宽不足所导致的。

1、 什么是运算放大器的带宽

简单来说就是放大器能够有效工作的频率范围。但当我们查看运放数据手册时,会发现存在多种带宽参数:

BW:增益为1,输入小信号,输出端测得闭环电压增益下降3dB所对应的信号频率。

GBW:增益*(-3dB所对应的频率)。

PBW:输入大信号,输出端测得闭环电压增益下降3dB所对应的信号频率。

2、 多级级联运放系统带宽估算

运算放大器在交流响应中存在低频极点,限制了器件的带宽。那如果我们在高增益应用场景中如60dB(1000V/V)下,如何扩展系统的增益,常用的做法是多个器件级联。

下图展示了不同级数放大器的频率响应图:

图片1.png

从图中我们不难看出,在保证系统增为60dB的前提下,随着级数的上升,整个系统的有效带宽远大于单级放大器的带宽,滚降也越陡峭。

将输出电压增益下降3dB的频率定义为fc(类似低通滤波器的截止频率),对于多级放大器的级联后带宽估算公式可以参考以下公式:

图片2.png


注意选用低噪声、低失调的精密运放。

3、大信号与压摆率

在测试时,小信号带宽足够,但在实际工作中(大信号)高频响应不佳。原因在于,GBW通常指小信号条件下(Vin≤100mVpp)。

而在大信号输入条件下,SR(压摆率)不足会导致输出信号失真。

例如:压摆率(SR)为5V/us,当输出2.5V峰值信号时,其理论最大不失真频率仅为:

图片3.png

这也是为何部分放大器会给出PBW参数,它综合反映了运放输出最大幅度信号的能力。

4、带宽的实用技巧

相位补偿:通过RC网络,或者反馈电阻并联反馈电容。

减轻负载:平衡负载与带宽。

优化布局:降低反馈网络的寄生电容。

注意温升:高温会导致带宽下降。

结语:运放带宽是设计过程中的关键参数,要合理平衡增益、带宽、压摆率、稳定性,才能让放大器“听清楚”从低频到高频的每个细节。