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Part 01、前言
想要學(xué)好運(yùn)算放大器電路，一個(gè)繞不過(guò)的參數(shù)就是增益帶寬積，只有理解了增益帶寬積，才能真正理解運(yùn)算放大器電路的增益與帶寬的關(guān)系。什么是增益帶寬積呢？英文名字叫GBP或GBW（Gain Band with Product），我們把增益帶寬積定義為放大器的開(kāi)環(huán)增益與該增益處頻率的乘積。
有一些硬件工程師在設(shè)計(jì)運(yùn)放電路時(shí)，會(huì)根據(jù)運(yùn)放的增益帶寬積計(jì)算公式計(jì)算閉環(huán)帶寬，增益帶寬積=開(kāi)環(huán)增益*頻率進(jìn)行計(jì)算，比如如果運(yùn)放的增益帶寬積為10MHz，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率為100KHz時(shí)，那么運(yùn)放的閉環(huán)增益最大就是100。
增益帶寬積真就這么簡(jiǎn)單嗎？
當(dāng)然不是。增益帶寬積中的增益表示的是運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益，但是我們實(shí)際用的運(yùn)放電路一般都是閉環(huán)控制的，比如同相放大電路，反相放大電路等負(fù)反饋電路，所以當(dāng)我們用增益帶寬積=開(kāi)環(huán)增益*頻率來(lái)評(píng)估出的也只是開(kāi)環(huán)增益而已，想要準(zhǔn)確的評(píng)估運(yùn)放閉環(huán)增益可沒(méi)這么簡(jiǎn)單。當(dāng)然準(zhǔn)確的理解增益帶寬積才能合理的評(píng)估運(yùn)放的閉環(huán)帶寬，今天重點(diǎn)講一下運(yùn)放的增益帶寬積的問(wèn)題。
Part 02、增益帶寬積成立的條件
下圖是某型號(hào)運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益與頻率的關(guān)系，我們可以發(fā)現(xiàn)低頻（小于100Hz）的時(shí)候，運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益基本不變，100Hz之后運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益隨頻率不斷降低，100Hz到76MHz之間增益將以-20dB/十倍頻的速度衰減。10Hz-100Hz：頻率增加，開(kāi)環(huán)增益基本不變，所以增益和頻率的乘積是隨著頻率的增加而變大，增益和頻率的乘積不是定值。100H-76MHz：頻率增加，開(kāi)環(huán)增益減小，曲線斜率不變（-20dB/十倍頻），所以增益和頻率的乘積不變，增益帶寬積才成立。
為什么10Hz-100Hz增益基本不變呢？為了改善運(yùn)算放大器的增益帶寬特性和穩(wěn)定性，常常在運(yùn)算放大器的輸入級(jí)和中間級(jí)之間加上一個(gè)補(bǔ)償電容，這個(gè)電容用于補(bǔ)償米勒效應(yīng)，即通過(guò)調(diào)整增益帶寬關(guān)系來(lái)確保系統(tǒng)穩(wěn)定，避免高頻不穩(wěn)定。補(bǔ)償電容有助于延遲極點(diǎn)的頻率，使得增益下降更加平滑，避免過(guò)快的增益衰減。輸入級(jí)的米勒補(bǔ)償電容和輸入級(jí)的等效電阻形成的低通濾波電路就會(huì)形成一個(gè)低頻極點(diǎn)，又叫主極點(diǎn)，這個(gè)極點(diǎn)決定了運(yùn)算放大器的低頻響應(yīng)，并對(duì)增益帶寬積（GBW）產(chǎn)生影響。
由于運(yùn)放的輸入阻抗非常大，所以主極點(diǎn)的頻率一般比較低，比如上圖中的100Hz。當(dāng)頻率超過(guò)主極點(diǎn)頻率100Hz后，開(kāi)環(huán)增益將以-20dB/十倍頻的速度衰減。當(dāng)開(kāi)環(huán)增益變?yōu)?dB時(shí)，對(duì)應(yīng)運(yùn)算放大器在增益為1時(shí)的帶寬就叫運(yùn)放的單位增益帶寬，運(yùn)放的增益帶寬積成立的最大頻率一般低于單位增益帶寬對(duì)應(yīng)的最大頻率。
所以需要注意的是有些運(yùn)放的增益帶寬積為定值的成立條件會(huì)標(biāo)明增益不能為0dB，會(huì)有一個(gè)最小限制條件，比如增益必須大于10，增益帶寬積才成立，這個(gè)我們就需要注意了，這個(gè)需要注意看運(yùn)放的規(guī)格書(shū)對(duì)增益帶寬積的測(cè)試條件。
Part 03、總結(jié)
運(yùn)放的增益帶寬積中的增益指的是開(kāi)環(huán)增益，增益帶寬積只有在一定的頻率范圍內(nèi)才成立，低頻時(shí)和接近單位增益帶寬對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)時(shí)增益和頻率的乘積不是定值，此時(shí)增益帶寬積不成立。此時(shí)我們直接拿增益帶寬積來(lái)計(jì)算就會(huì)有問(wèn)題。下一篇文章我們將分享一下如何用增益帶寬積計(jì)算閉環(huán)增益。
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