压摆率的详细讲解

压摆率的详细讲解Last revision on 21 December 2020
压摆率S L E W R A T E 压摆率在英文里是slew rate，简写为SR。

压摆率也称转换速率。

压摆率的意思就是运算放大器输出电压的转换速率，单位有通常有V/s，V/ms和
V/μs三种，它反映的是一个运算放大器在速度方面的指标。

一般来说，压摆率高的运放，其工作电流也越大，亦即耗电也大的意思。

但压摆率却是高速运放的重要指标。

比如说的压摆率为μs
压摆率在英文里是slew rate，简写为SR。

压摆率也称转换速率。

压摆率的意思就是运算放大器输出电压的转换速率，单位有通常有V/s，V/ms和
V/μs三种，它反映的是一个运算放大器在速度方面的指标，表示运放对信号变化速度的适应能力，是衡量运放在大幅度信号作用时工作速度的参数。

当输入信号变化斜率的绝对值小于SR时，输出电压才按线性规律变化。

信号幅值越大、频率越高，要求运放的SR也越大。

一般来说，压摆率高的运放，其工作电流也越大，亦即耗电也大的意思。

但压摆率却是高速运放的重要指标。

比如说OP07的压摆率为μs 即1μs时间内电压从0V上升
到，而OPA637(G=-1，10V step)SR=135 V/μs ，明显比OP07快。

处理交流信号的话，增益带宽积(GBP)和转换速率(SR)是主要考虑的指标。

处理直流或低频信号的话，就要主要考虑失调电压和失调电流。

什么是增益带宽积
英文：Gain Bandwidth Product。

缩写： GBP。

这是用来简单衡量放大器的性能的一个参数。

就像它的名字一样，这个参数表示增益和带宽的乘积。

按照放大器的定义，这个乘积是一定的。

举例说明：一个放大器的GBP号称为1G。

如果它的增益为+2V/V。

那么带宽
=1G÷2=500M。

如果它的增益为+4V/V，那么带宽=1G÷4=250M。

以此类推。

总之，增益和带宽之间满足这个简单的乘积关系。

所以像某些运放，制造厂商宣称的GBP很高，如。

可是它的条件是G（增益）=+20V/V。

其实算下来，带宽也很有限了。

而有些运放，制造厂商用增益为+1V/V，输出电压为small signal条件下的带宽来定义运放，这样还显得实在很多。

失调电压
一般Vos约为（1～10）mV，高质量运放Vos在1mV以下，最小可达1uV。

当运放两输入为零时，输出都有一定数值，即失调电压Vos。

将失调电压除以噪声增益得到输入失调电压，它被等效为一个与运放反向输入端串联的电压源，要对放大器两输入端施加差分电压以产生零输出，并且失调电压会随温度变化而改变，即所说的漂移。

注意失调电压与基线漂移的区别。

失调电压，又称输入失调电压，Input Offset Voltage, 记为U1，一个理想的运放，当输入电压为0时，输出电压也应为0。

但实际上它的差分输入级很难做到完全对称。

通常在输入电压为0时，存在一定的输出电压。

运放中输入偏置电流和输入失调电流的区别运放的输入偏置电流: 为了使运放输入级放大器工作在线性区, 所必须输入的一个直流电流, 在双极晶体管输入的运放, 偏置电流就是输入管的基极电流, 在 MOS 管输入的运放是指栅极漏电流.
输入失调电流: 与输入失调电压一样, 都是描述运放差分输入的对称性的. 理想的差分输入应该是完全对称的, 但由于设计和工艺过程的偏差, 正负两个输入端的特性不会完全相同. 这两个失调参数的定义是, 当输出为 0 时两个输入端的输入电压差 (失调电压) 和输入电流-即偏置电流的差 (失调电流), 显然在理想状态下它们都应该为 0.
输入失调电流= |IB1-IB2| 输入偏置电流=1/2（IB1+IB2） IB1、IB2为输入级差放管的输入偏置电流
2、输入偏置电流（bias）运放是集成在一个芯片上的晶体管放大器, 偏置电流 bias current 就是第一级放大器输入晶体管的基极直流电流. 这个电流保证放大器工作在线性范围, 为放大器提供直流工作点. 因为运算放大器要求尽可能宽的共模输入电压范围, 而且都是直接耦合的, 不可能在芯片上集成提供偏置电流的电流源. 所以都设计成基极开路的, 由外电路提供电流. 因为第一级偏5置电流的数值都很小, uA 到 nA 数量级, 所以一般运算电路的输入电阻和反馈电阻就可以提供这个电流了. 而运放的偏置电流值也限制了输入电阻和反馈电阻数值不可以过大, 使其在电阻上的压降与运算电压可比而影响了运算精度. 或者不能提供足够的偏置电流, 使放大器不能稳定的工作在线性范围. 如果设计要求一定要用大数值的反馈电阻和输入电阻, 可以考虑用 J-FET 输入的运放. 因为 J-FET 是电压控制器件, 其输入偏置电流参数是指输入 PN 结的反向漏电流, 数值应在 pA 数量级. 同样是电压控制的还有 MOSFET 器件, 可以提供更小的输入漏电流. 另外一个有关的运放参数是输入失调电流 offset current, 是指两个差分输入端偏置电流的误差, 在设计电路中也应考虑. 电路设计时应注意：运放的输入偏置电流是不可避免的，输入端必须有提供输入偏置电流的通路。

在设计高精度直流放大放大器或选用具有较大输入偏置电流的运放时，必须使运放两端直流通道电阻相等，这样子才能平衡输入偏置电流。

3：输入失调电流（input offset current）和输出失调电压如果运放两个输入端上的电压均为0V，则输出端电压也应该等于0V。

但事实上，输出端总有一些电压，该电压称为失调电压VOS。

如果将输出端的失调电压除以电路的噪声增益，得到结果称为输入失调电压或输入参考失调电压。

这个特性在数据表中通常以VOS给出。

VOS被等效成一个与运放反相输入端串联的电压源。

必须对放大器的两个输入端施加差分电压，以产生0V输出。

VOS随着温度的变化而改变，这种现象称为漂移，漂移的大小随时间而变化。

漂移的温度系数TCVOS通常会在数据表中给出，但一些运放数据表仅提供可保证器件在工作温度范围内安全工作的第二大或者最大的VOS。

这种规范的可信度稍差，因为TCVOS 可能是不恒定的，或者是非单调变化的。

VOS漂移或者老化通常以mV/月或者mV/1,000小时来定义。

但这个非线性函数与器件已使用时间的平方根成正比。

例如，老化速度1mV/1,000小时可转化为大约3mV/年，而不是9mV/年。

老化速5度并不总是在数据表中给出，即便是高精度运放。

理想运放的输入阻抗无穷大，因此不会有电流流入输入端。

但是，在输入级中使用双极结晶体管(BJT)的真实运放需要一些工作电流，该电流称为偏置电流(IB)。

通常有两个偏置电流：IB+和IB-，它们分别流入两个输入端。

IB值的范围很大，特殊类型运放的偏置电流低至60fA(大约每3μs通过一个电子)，而一些高速运放的偏置电流可高达几十mA。

单片运放的制造工艺趋于使电压反馈运放的两个偏置电流相等，但不能保证两个偏置电流相等。

在电流反馈运放中，输入端的不对称特性意味着两个偏置电流几乎总是不相等的。

这两个偏置电流之差为输入失调电流IOS，通常情况下IOS很小。