仿真增益帶寬――通用運(yùn)算放大器模型

運(yùn)算放大器的增益帶寬積(GBW )會(huì)怎樣影響你的電路并不總是顯而易見。宏模型有固定的增益帶寬積。雖然你可以深入觀察這些模型，當(dāng)然最好不要瞎弄它們。那么你可以做什么?

你可以使用SPICE 中的通用放大器的模型來檢測你的電路對增益帶寬積的靈敏度。大多數(shù)基于SPICE的電路仿真器包含一個(gè)簡單的運(yùn)算放大器模型，因此你很容易就可以修改。TINA的仿真界面如圖1所示。

首先將DC開環(huán)增益設(shè)置為1M(120dB)。然后，主極點(diǎn)的頻率(單位為Hz)與其相乘將得到放大器的增益帶寬積(單位為MHz)。在這個(gè)例子中，10Hz的主極點(diǎn)對應(yīng)10MHz的增益帶寬積。對于5MHz，10MHz 和100MHz 三種不同的增益帶寬積，圖2分別給出了對應(yīng)的開環(huán)響應(yīng)。

注意這個(gè)簡單的模型存在第二個(gè)極點(diǎn)(有些人稱它為不受歡迎的極點(diǎn))。有時(shí)候，你會(huì)想要第二個(gè)極點(diǎn)處在一個(gè)非常高的頻率，比如說10GHz。對于任何合理的增益帶寬積，這將會(huì)形成一個(gè)理想的90°的相位裕量。在這個(gè)范例中，我將第二個(gè)極點(diǎn)設(shè)定為100MHz，等于我仿真時(shí)最大的增益帶寬積的值。在100MHz增益帶寬積的響應(yīng)中，你可以看到第二個(gè)極點(diǎn)的影響，它將會(huì)使得開環(huán)響應(yīng)在100MHz的地方開始彎曲。它使得單位增益帶寬大約為78MHz，和一個(gè)具有78MHz增益帶寬積的運(yùn)算放大器的情況很相似。運(yùn)算放大器的單位增益帶寬和增益帶寬積并不一定是相同的值。

對于有源濾波器的設(shè)計(jì)，很難判斷增益帶寬積的需求，它是一個(gè)可以應(yīng)用這種技術(shù)的很好的例子。圖3中使用FilterPro 來設(shè)計(jì)切比雪夫?yàn)V波器，它會(huì)給出一些增益帶寬積值的推薦，然而它的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可能會(huì)比一些情況更嚴(yán)格。對于這個(gè)設(shè)計(jì)而言，它推薦了100MHz或更大的增益帶寬積來達(dá)到近乎理想的濾波器設(shè)計(jì)特性。如圖2所示，我設(shè)定三種增益帶寬積(5MHz，10MHz，100MHz)來對設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真。從結(jié)果中可以得出小于100MHz的增益帶寬積已經(jīng)是符合要求的。對于最終的仿真，你應(yīng)該使用你所選擇的運(yùn)算放大器的宏模型。

我使用了TINA中的參數(shù)步進(jìn)功能，改變主極點(diǎn)從而改變增益帶寬積。其它仿真器也有類似的功能。當(dāng)然，也可以手動(dòng)地修改參數(shù)。無論是哪種方式，改變通用運(yùn)算放大器的增益帶寬積將幫助你洞察增益帶寬積對電路的影響。