单位增益带宽(UGB)-为什么一倍放大如此重要?

乐活   2025-01-19 12:35   内蒙古  

很多的运放都会单独的写什么单位增益稳定,我就在想为什么?平时放大都可能上百倍。为什么现在如此重要?

其实在很多应用中,运放常常工作在单位增益模式下(例如缓冲器、跟随器、增益为1的缓冲放大器等),在这些情况下,单位增益带宽提供了运放能够处理信号的最大频率范围。

很多运放,增益带宽积(Gain-Bandwidth Product, GBW)是一个固定值。因此,增益越高,带宽越小,反之亦然。单位增益带宽就是这种折衷关系中的一个“极限点”,它给出了增益为1时的最大可用带宽

表示在增益为1时,系统能够稳定放大的最大频率范围。

因为不可能出现增益0.5倍这种情况。其实说的是极限频率

单位增益带宽 UGB 的定义公式为:

  1. A 是运算放大器的增益。
  2. f 是增益为 A 时,系统的带宽。
单位增益带宽可以直接理解为系统在单位增益下能够提供的带宽。
有没有更加专业一点的说法啊?
其实UGB讲的还是反馈这件事情:反馈系数 β与闭环增益的关系
运算放大器的闭环增益与反馈系数 β(即反馈比例)之间有密切关系。通常,闭环增益 Acl和反馈系数 β 的关系为:

就是这样的一个公式,分类讨论一下就好了

开环增益在分母上面。我们来分类讨论一下!

β=1 时:

  1. 当反馈系数 β=1 时,运放的闭环增益达到单位增益(Acl=1)。这种情况下,运放的稳定性最差,因为此时系统没有额外的负反馈来降低增益带宽积(GBW),导致相位裕度(PM)较低,系统容易发生振荡。

  2. 单位增益反馈会使得系统的增益带宽积限制到一个较小的值,因此系统的稳定性差,更容易受到噪声或高频信号的干扰。

当β<1 时:

  1. 当闭环增益大于1时,β 会小于1(因为闭环增益与反馈系数 β 成反比),反馈变弱。此时,反馈对系统的控制作用减弱,系统的增益也会降低。

  2. 增益带宽积(GBW)通常是固定的,因此,当闭环增益增大时,GBW会减小。随着GBW减小,系统的带宽变窄,相位裕度(PM)增大,从而增强了系统的稳定性。

其实这里也就是说明了,为什么厂家会夸自己的OP有这个,也就是说不太容易受到噪声或高频信号的干扰。

这里出现了相位裕度,下篇文章说。不过总结一下上面:

  1. 当闭环增益大于1时,由于增益变小,系统能够提供的带宽会增大,增益带宽积(GBW)相对降低。

  2. 在闭环增益大于1时,虽然系统的带宽增大,但由于增益的降低,系统的稳定性提高,因为更低的增益通常会导致较高的相位裕度(PM),从而减少了振荡的风险。

可以看我下面的相位裕度的文章。

先记住相位裕度越大,系统越稳定,越不容易发生振荡。

增益较大时,相位裕度较小:当增益较大时,系统的反馈作用较强,但这可能导致相位裕度较小。相位裕度较小的系统容易发生振荡,尤其在高频时。也就是电容这种东西要少。

增益较小时,相位裕度较大:当闭环增益较小(即β\beta较小),系统的反馈作用减弱,相位裕度增大,系统变得更加稳定。

最后总结一下:

单位增益反馈 (
\beta = 1
β=1):系统的稳定性最差,因为增益和带宽受限,且相位裕度较低。此时,系统容易发生振荡。

闭环增益大于1时,β<1:系统的反馈变弱,增益带宽积(GBW)减小,带宽增大,带宽增大,导致相位裕度(PM)增大,系统的稳定性增强。

高增益情况下,反馈强度较大,导致相位裕度较小,因此系统稳定性较差。

云深之无迹
纵是相见,亦如不见,潇湘泪雨,执念何苦。
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