運(yùn)放的壓擺動(dòng)作總被誤解

作者：Bruce Trump 資深模擬工程師

運(yùn)放的壓擺動(dòng)作經(jīng)常被誤解。壓擺率是一個(gè)內(nèi)容較多的話題，我們需要將它進(jìn)行分類討論。

運(yùn)放輸入級(jí)電路的兩個(gè)輸入端之間的電壓通常非常小------理想情況下為零，對(duì)嗎？但是，輸入信號(hào)突然地改變會(huì)短暫打破反饋回路的平衡，在運(yùn)放的輸入端產(chǎn)生一個(gè)誤差差分電壓。這將會(huì)導(dǎo)致運(yùn)放的輸出產(chǎn)生變化來校正輸入端的誤差電壓。誤差電壓越大，輸出端電壓變化得越快，直到輸入端的差分電壓足夠大從而使得運(yùn)放產(chǎn)生壓擺。

如果輸入足夠大的信號(hào)，意味著加速器已經(jīng)踩到了底，輸出信號(hào)不可能變化得更快了。更大的輸入并不會(huì)使輸出變化得更快。圖1用一個(gè)簡單的運(yùn)放電路解釋了這個(gè)原因。閉環(huán)回路上有一個(gè)恒定的電壓，使得運(yùn)放輸入端之間的電壓為零。輸入級(jí)的兩個(gè)輸入端之間是平衡的并且電流IS1相同地分配到三極管的兩個(gè)輸入端。對(duì)于該電路，當(dāng)輸入信號(hào)Vin是大于350mV的階躍信號(hào)時(shí)，電流IS1只流向輸入差分對(duì)管的一個(gè)三極管，該電流對(duì)米勒補(bǔ)償電容C1充電或者放電。輸出壓擺率SR是IS1對(duì)C1充電的比例，等于IS1/C1。

當(dāng)然，有各種各樣的運(yùn)放電路來改善壓擺率。有壓擺增強(qiáng)電路的運(yùn)放用來檢測這種過載條件并且獲得更多額外的電流來給C1快速充電，但是在這種情況下，壓擺率還是受限制的。正端和負(fù)端的壓擺率可能不完全相同。在這種簡單的電路中，正端和負(fù)端的壓擺率是接近相等的，但是在不同的運(yùn)放中，這可能會(huì)隨之變化。輸入級(jí)的壓擺信號(hào)（本設(shè)計(jì)是350mV）可以從100mV到1V或者更多，這取決于不同的運(yùn)放。

但是輸出端的壓擺不能響應(yīng)輸入信號(hào)的改變。輸入端過載時(shí)，輸出端不能隨之發(fā)生變化。但是一旦輸出電壓接近其最終值，輸入端的誤差電壓重新出現(xiàn)在線性區(qū)，變化率逐步減小，最終得到一個(gè)平滑的穩(wěn)定值。

在運(yùn)放壓擺時(shí)，并沒有內(nèi)在的錯(cuò)誤------對(duì)速度沒有減小或提升。但是為了避免正弦信號(hào)的嚴(yán)重失真，信號(hào)的頻率和輸出信號(hào)的幅度必須有一定的限制以保證輸出信號(hào)的最大斜率不會(huì)超過運(yùn)放的壓擺率。圖2中，正弦信號(hào)的最大斜率是正比于幅度Vp和頻率的。如果壓擺率較?。ㄐ∮谒鑹簲[率的20%）,輸出信號(hào)將會(huì)失真，類似于一個(gè)三角波。

對(duì)運(yùn)放的壓擺率來說，幅度較大的方波信號(hào)有非常陡的上升沿和下降沿。最終，一部分上升和下降沿被平滑為運(yùn)放的小信號(hào)，如圖1所示。

在同相電路中，不管增益是多少，350mV的輸入階躍信號(hào)將會(huì)使運(yùn)放產(chǎn)生壓擺。

圖3顯示了輸入信號(hào)為1V，增益分別為1，2，4時(shí)運(yùn)放的壓擺。在不同的增益下，壓擺率是相同的。增益為1時(shí)，輸出波形最終轉(zhuǎn)換為350mV。在增益為2和4時(shí)，小信號(hào)的比例隨之變大，因?yàn)榉答伒椒聪蜉斎攵说恼`差信號(hào)被反饋網(wǎng)絡(luò)衰減。如果增益大于50，該運(yùn)放可能不會(huì)壓擺因?yàn)?50mV的輸入階躍信號(hào)將會(huì)使輸出飽和。

壓擺率的單位通常是V/us，也許是因?yàn)樵缙诘耐ㄓ眠\(yùn)放的壓擺率在1V/us左右。高速的運(yùn)放有1000V/us的壓擺率，但是你很少看見它被表達(dá)為1kV/us或者1V/ns。而且，低功耗的運(yùn)放可能寫為0.02V/us，而不寫為20V/ms或者20mV/us。并沒有很好的原因來解釋，這只是我們衡量壓擺率的一種習(xí)慣。

審核編輯：何安