你可能聽說過某個放大器“適用于輸出電壓轉(zhuǎn)換速率高達10V/μs的電路”，因為在其數(shù)據(jù)手冊里注明了壓擺率為10V/μs。我們來看看為什么事實并非如此。

假如將一個增益帶寬積為B的單級運算放大器用作噪聲增益為G的非反相放大器，實際上它應(yīng)該類似一個截止頻率為B/G的一階濾波器。此時若采用階躍信號輸入，其輸出將具有典型的RC低通響應(yīng)特性。若將輸入階躍信號放大一倍，其輸出波形中任意一點的值也將加倍，這意味著每個點的dVout/dt值都將加倍。線性系統(tǒng)是不是很棒？

當dVout/dt不隨輸入驅(qū)動量的增大而增大時，就需要采用壓擺率限制技術(shù)了。這種技術(shù)將壓擺率限制在某個最大值，使輸出電壓轉(zhuǎn)換速率不可能更快。正如施瓦辛格在《終結(jié)者2》中所說的那樣，“這輛車只能開這么快了”。下圖顯示了一個仿真階躍（歸一化為單位增益）輸入，具有5.3MHz單極帶限，并通過兩個具有相似增益帶寬積（GBW）的運算放大器（由LTspice提供）：紅色跡線表示快速擺率（LT1812，100MHz，壓擺率為750V/μs），藍色跡線表示慢速擺率（LT1801，80MHz，壓擺率僅25V/μs）。

是不是只要輸出速度不需像數(shù)據(jù)手冊所說的那么快，就沒問題了呢？如果輸出只需要每微秒轉(zhuǎn)移5V電壓，那么一個可保證最小5V/μs壓擺率的放大器，再加一點安全裕度，就能夠很好地產(chǎn)生我們所需的輸出電壓嗎？

實際上并非如此。如果讓運算放大器的輸出接近數(shù)據(jù)手冊里的最大速率，輸出可能很不準確。要明白這一點，首先需要理解為什么具有常用的轉(zhuǎn)換限制機制的運算放大器并非理想的運算放大器，理想運算放大器增加了一個“if-then”條件限制，可以防止輸出轉(zhuǎn)移速度太快。

壓擺率來自哪里，《ArtofElectronics》這本書里有很好的解釋，參看第三版的307~308頁，或第二版的407-408頁，但你必須仔細體會字里行間的意思。在典型的運算放大器中，輸出電壓的變化率受輸入級可以轉(zhuǎn)儲到補償電容器中電流量的限制。該輸入級通常為差分對，兩個器件共用一個尾電流源，兩個器件電流之和保持不變。輸入之間的有限電壓引導(dǎo)差分對將有限的電流導(dǎo)入或?qū)С鲅a償電容器。下圖顯示了一個典型的運算放大器。

這個引導(dǎo)過程有兩個特點。首先，也是最明顯的，它是有限制的——超過100％的尾電流無法導(dǎo)入電容器。你可以氣哼哼地提供額外的輸入電壓，但是結(jié)果一樣，不會有更多的電流了。其次，輸出電壓會盡可能快地轉(zhuǎn)換，它對輸入電壓的進一步變化完全沒有響應(yīng)，因此放大器增加的增益也降至零——是的，一點都沒有。

這對于一個不經(jīng)心地看示波器的人（casualscope-prober）來說可能并不明顯，因為輸出電壓在輸入信號確定的方向上仍然很大。但是，如果增加一點額外的信號，輸出不會有任何反應(yīng)。而且，環(huán)路中沒有正向增益，當系統(tǒng)沒有反饋時（如同貓離開了），就會產(chǎn)生開環(huán)誤差（如同老鼠開始搗亂）。因此，不要期望“正?！钡?a target="_blank">電源抑制水平（這是我最想要的），或任何內(nèi)部噪聲的抑制，也不要指望你的平均運算放大器模型能在仿真中揭示這一點！

多年以前，我曾在設(shè)計濾波器時出現(xiàn)過一個更微妙的結(jié)果。如果放大器的輸入級由雙極型晶體管制成，不考慮發(fā)射極退化（以實現(xiàn)低輸入噪聲），差分對輸出電流變化與輸入電壓之間遠非線性關(guān)系。放大器的開環(huán)增益與輸入特性的斜率成正比。一旦輸入級失去平衡，斜率就開始下降。你可以看到，當輸入級調(diào)制指數(shù)隨輸入驅(qū)動增加時，差分對的增益下降，整個放大器的增益和增益帶寬都隨之下降。一些電路（包括許多有源濾波器）的性能對放大器的增益帶寬積敏感，這會導(dǎo)致嚴重誤差。在我的示例中，濾波器響應(yīng)在截止頻率附近出現(xiàn)不可接受的峰值，但這只發(fā)生在大輸入信號的情況下。

下表示出放大器（輸入器件不退化）的增益系數(shù)是如何隨著驅(qū)動的增加而下降的。當輸出轉(zhuǎn)換速率僅為最大速率的32％時，開環(huán)增益下降10％。

因此，有時候指定一個比信號需要的轉(zhuǎn)換速率高得多的壓擺率才是正解。當有人說：“這個放大器的單位增益帶寬為5MHz，壓擺率為10V/us”時，你應(yīng)該回答：“對，但可能這兩者不能同時出現(xiàn)”。