互阻放大器带宽计算方法

作者：时间：2011-07-08来源：网络收藏

摘要：互阻放大器是在光电检测前置放大中常用的一种电路结构。在互阻放大器的设计中没有增益带宽积的概念，其带宽分析往往让设计者感到困惑。为了深入研究互阻放大器的增益带宽特性，在此类比增益带宽积的引出，用单极点近似的方法推导出了互阻放大器增益和带宽的关系，并运用Multisim软件进行了仿真，验证了结论的正确性。指出在互阻放大器中增益和带宽仍然是矛盾的，为互阻放大器的带宽设计提供明确的指导。
关键词：互阻放大器；带宽；传递函数；单极点近似

0 引言
在进行电路设计时，设计者往往把运算放大器看成是理想的。在低频段、低精度的情况下按照理想运放进行设计不会引入误差，但是在频率要求较高的场合，必须考虑运放的实际物理特性，否则就会产生带宽较低或者环路不稳定等负面影响。
一个集成运放由很多的基本元器件组成，不同的元器件可能会造成各自不同的极零点，运算放大器的频率响应是完全随机化的，这样就造成了运放的频率响应不可预测。运放是一个极其复杂的系统，对其进行精确的数学描述是相当复杂的。在设计电路时，设计者当然可以根据厂家提供的Spice模型进行系统仿真。这对设计人员来说是可行的，但是不能从宏观上提供有效的预测和指导，增加了设计和调试的复杂度。
为了方便对运放进行一般意义上的建模，生产厂家在版图中引入一个主导极点。主导极点的存在使得运放的频率响应特性很像单极点系统，即从截止频率开始每十倍频程有20 dB的衰减。在运算电路的频率分析中，把运放当作单极点系统看待，会使电路的分析变得更加容易一些。
在采用运放的电压放大电路中，在单极点近似下可以得到大部分频带区域内增益和带宽的乘积为一常数，即增益带宽积。在进行电压放大电路设计时，设计者往往得益于增益带宽积的概念。互阻放大器(Transresistance Amplifier)是在光电探测器前置放大器中经常使用的一种电路结构，然而遗憾的是增益带宽积这一概念并不适用于互阻放大器的带宽计算。本文以OP37为例，首先介绍了增益带宽积的概念；然后用单极点近似的思路得到互阻放大器增益与带宽之间的关系，指出互阻放大器的增益和带宽的平方的乘积为一常数，为互阻放大器的设计提供了宏观指导。

1 增益带宽积
图1是一个采用OP37实现的同相比例运算电路，反向端通过R接地，Rf为反馈电阻，R’=R∥Rf是为了保证集成运放输入级差分放大电路的对称性，Vin为输入电压，Vout为输出电压。