了解运算放大器及速度的基本原理

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运算放大器 (op amp) 的“速度”是指其频率响应和转换速率。此处给出的模型适用于电压反馈系列运算放大器。这两种参数具有一定程度的相关性。图 1 显示的是一个两级运算放大器简化模型，用于 AC 分析。

图 1 运算放大器的 AC 模型

输入为一个跨导级。就电压输入而言，其产生一个电流输出。输出级被理想地建模为一个补偿电容器作为积分要素的积分器。分析得到传输函数：

在运算放大器响应第一个极点以上各频率下，该函数的斜率与本系列文章第 13 部分中演示的斜率相同。每增加十倍频率，增益就降至原来的十分之一。通过将增益表达方程式设置等于 1 可以得到单位增益频率：

单位增益频率取决于输入级的跨导和补偿电容，这两个参数不单独出现。而通常人们所关注的是单位增益频率。

运算放大器速度的另一个指示器是小信号转换速率。这一参数与闭环增益和放大器开环增益曲线相交的频率转角相关联。图 2 显示了这一点。

图 2 作为闭环增益函数的转角频率

小信号转换速率由下列指数函数表示：

当达到某一电压电平时该函数的解为：

小信号转换速率为 Vout 从 10% 最终值转换至 90% 最终值的时间。利用 Vout/Vfinal 的比值，上升时间可降至：

回顾第 13 部分：

这样，转换速率为闭环增益的函数：

小信号转换速率由运算放大器的单位增益带宽和电路的闭环增益决定。随着闭环增益的增加，转换速率会下降。

大信号转换速率为运算放大器的一个非线性函数。这种情况下，“大信号”输入信号需足够大，以使输入级的一端能够被完全关闭，而另一端可以被完全开启。

图 3 大信号转换速率模型

差动输入级晶体管共用同一个电流源。如图 3 所示，正输入被关闭而负输入被完全开启后，所有输入级电流均被驱动至第二级积分器中。

一些运算放大器在输入端具有不允许输入器件被完全开启和关闭的保护电路。这种最大转换速率行为所需的差分电压可出现三或四伏特左右的差异，具体情况取决于输入器件和电路拓扑的特性。