經常被誤解的運放壓擺動作

作者：Bruce Trump 資深模擬工程師

運放的壓擺動作經常被誤解。壓擺率是一個內容較多的話題，我們需要將它進行分類討論。

運放輸入級電路的兩個輸入端之間的電壓通常非常小------理想情況下為零，對嗎？但是，輸入信號突然地改變會短暫打破反饋回路的平衡，在運放的輸入端產生一個誤差差分電壓。這將會導致運放的輸出產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放產生壓擺。

如果輸入足夠大的信號，意味著加速器已經踩到了底，輸出信號不可能變化得更快了。更大的輸入并不會使輸出變化得更快。圖1用一個簡單的運放電路解釋了這個原因。閉環(huán)回路上有一個恒定的電壓，使得運放輸入端之間的電壓為零。輸入級的兩個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輸入端。對于該電路，當輸入信號V_in是大于350mV的階躍信號時，電流IS1只流向輸入差分對管的一個三極管，該電流對米勒補償電容C1充電或者放電。輸出壓擺率SR是IS1對C1充電的比例，等于IS1/C1。

當然，有各種各樣的運放電路來改善壓擺率。有壓擺增強電路的運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，正端和負端的壓擺率是接近相等的，但是在不同的運放中，這可能會隨之變化。輸入級的壓擺信號（本設計是350mV）可以從100mV到1V或者更多，這取決于不同的運放。

但是輸出端的壓擺不能響應輸入信號的改變。輸入端過載時，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，最終得到一個平滑的穩(wěn)定值。

在運放壓擺時，并沒有內在的錯誤------對速度沒有減小或提升。但是為了避免正弦信號的嚴重失真，信號的頻率和輸出信號的幅度必須有一定的限制以保證輸出信號的最大斜率不會超過運放的壓擺率。圖2中，正弦信號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%）,輸出信號將會失真，類似于一個三角波。

對運放的壓擺率來說，幅度較大的方波信號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放的小信號，如圖1所示。

在同相電路中，不管增益是多少，350mV的輸入階躍信號將會使運放產生壓擺。

圖3顯示了輸入信號為1V，增益分別為1，2，4時運放的壓擺。在不同的增益下，壓擺率是相同的。增益為1時，輸出波形最終轉換為350mV。在增益為2和4時，小信號的比例隨之變大，因為反饋到反向輸入端的誤差信號被反饋網絡衰減。如果增益大于50，該運放可能不會壓擺因為350mV的輸入階躍信號將會使輸出飽和。

壓擺率的單位通常是V/us，也許是因為早期的通用運放的壓擺率在1V/us左右。高速的運放有1000V/us的壓擺率，但是你很少看見它被表達為1kV/us或者1V/ns。而且，低功耗的運放可能寫為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慣。