模拟设计

增益带宽积 (GBW)

把放大器想象成有一笔固定的“速度乘以力量”的预算,怎么花由你决定。你可以要很高的增益,但这样放大器只能在很窄的一段低频范围里保持这个增益;或者你也可以接受适中的增益,换来一直延伸到高得多的频率的带宽。两者不可兼得。对大多数 op-amp 和单级放大器来说,你用到的增益与你得到的带宽,二者的乘积大致是个常数——这个常数就是增益带宽积,它给出了这个器件能力的上限。

原因在于频率响应里有一个单一的主极点:在这个极点以上,增益以稳定的每十倍频程 20 dB 的速率滚降,也就是说频率每升高 10 倍,可用的增益就掉到原来的十分之一。所以沿着这条斜线,增益乘以频率始终保持不变。曲线穿过增益等于 1(0 dB)的那个点就是单位增益频率,而对一个主极点放大器来说,这个穿越频率本质上就是 GBW 本身。如果某个器件标称 GBW = 10 MHz,而你把它配置成闭环增益 100,那么你可用的带宽只有大约 10 MHz / 100 = 100 kHz。想要更大的带宽?那就让每一级用更少的增益、再把多级级联起来,或者干脆选一个更快(GBW 更高)的器件。

这就是为什么挑选放大器时,GBW 是你最先要看的几个数字之一:它用一个数就告诉你,你被允许做的“速度对增益”的取舍是怎样的。它和压摆率(slew rate,大信号下的速度上限)天然成对——GBW 管的是小信号能多快地摆动,压摆率管的是大信号能多快地摆幅。

f_bw ≈ GBW / A_closed-loop (e.g. 10 MHz / 100 = 100 kHz)

对一个主极点放大器来说,可用带宽等于增益带宽积除以你设定的闭环增益。

GBW 的前提是单极点滚降;多级或未补偿的放大器可能存在额外的极点,会把曲线掰弯,所以在单位增益频率附近要检查相位裕度(phase margin),而不是只看 GBW。

又称
GBPunity-gain frequencygain-bandwidth