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硬件面试必问:运算放大器增益带宽积(GBW)是啥?怎么用?

搞懂运放电路,增益带宽积(GBW/Gain Bandwidth Product) 是绕不开的关键参数。它定义了运放开环增益与对应频率的乘积(GBW = A_open * f)。

 

很多工程师会用 GBW 直接估算闭环带宽。比如,一个 GBW 为 10MHz 的运放,在 100kHz 信号下,似乎最大增益只能是 100 (10MHz / 100kHz = 100)。但实际情况更复杂!

 

关键点在于:GBW 里的“增益”指的是开环增益 (A_open)。而我们实际使用的运放电路(如同相/反相放大)都是闭环工作(带负反馈)。用 GBW 公式算出来的是开环特性,并不能直接、准确地反映闭环增益和带宽。

 

Part 02: GBW 何时才成立?

 

观察运放开环增益-频率曲线(如下图示意):

低频区 (如 <100Hz):开环增益基本恒定。此时增益和频率的乘积 不是常数(随频率升高而增大),GBW 概念不适用。

中高频区 (如 100Hz 到 76MHz):开环增益以 -20dB/十倍频 (或 -20dB/dec) 的速率下降。在此区域,增益下降的速率恰好被频率上升抵消,使得 增益和频率的乘积保持恒定 — 这就是 GBW 成立的条件。

 

为什么有低频平坦区?
运放内部通常有一个补偿电容(常为米勒补偿电容)。它与输入级等效电阻形成一个主极点(低频极点)。这个主极点(如上图约在 100Hz)决定了运放的低频响应起点。低于此频率,增益平坦;高于此频率,增益开始 -20dB/dec 滚降。

单位增益带宽 (Unity-Gain Bandwidth) 与 GBW 限制:

当开环增益降到 0dB(增益=1)时的频率,称为单位增益带宽。

GBW 恒定成立的最大频率通常低于单位增益带宽。

重要提示: 某些运放的规格书会标明 GBW 恒定的条件,例如“增益必须大于 10”。使用时务必查看器件手册!

 

Part 03: 核心总结

 

GBW = 开环增益(A_open) x 频率(f)。

GBW 仅在特定频段成立:在开环增益以 -20dB/dec 稳定滚降的中高频区。在很低频(增益平坦区)和接近单位增益带宽的区域,GBW 概念失效。

不能简单套用 GBW 算闭环带宽:因为实际电路工作在闭环状态,直接用开环的 GBW 公式估算闭环特性往往不准。

 

理解了 GBW 的实质和成立条件,才能更准确地分析运放电路的频率响应。面试官最爱考这个!

一起学习
版块: PCB设计
2025/08/07 09:36
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