幾十年前的流行音樂需要許多樂器，因此得名“大樂隊時代”。 今天，帶寬增加再次成為時代的標志?；ヂ摼W使用、支持網絡的蜂窩電話（3G、4G、LTE 和 Wi-Fi）、音樂播放器和數碼攝像機的爆炸式增長擴大了消費者對帶寬的期望。我們正處于向所有便攜式設備批量數據傳輸的風口浪尖。帶寬已成為王道，因此我們再次進入了“大帶寬時代”。 那么，為什么要討論小信號帶寬呢？

許多運算放大器在其數據手冊中都包含小信號帶寬規格。（所有運算放大器都有一個“最佳點”，以獲得更好的帶寬，即使數據手冊中未提及。該規格通?；谙拗圃谑种环笥业男盘柗龋б豢此坪踔饕糜谂c其他運算放大器公司進行比較和“吹噓權利”。

然而，一些應用可以利用小信號帶寬，小信號帶寬可能比運算放大器的大信號帶寬大很多倍。例如，MAX4104運算放大器具有0MHz的小信號帶寬（1.625V或更低）和2MHz的大信號帶寬（11V峰峰值）。大多數應用都利用大信號帶寬。小信號帶寬很高，因為運算放大器工作在中端最佳位置（圖 1）。

圖1.信號條件決定了通過運算放大器的帶寬。

通常，輸入信號的最佳點接近電源電壓的一半。放大器在該區域的線性度最高，并產生最佳的信號質量。運算放大器具有較大的開環增益，它們采用負反饋來控制放大器，以犧牲開環增益以獲得穩定性和線性度。當放大器輸出接近任一電源軌時，可用的反饋較少，這反過來又降低了反饋對放大器響應進行線性化的能力。當最佳點外的反饋減少時，頻率響應降低，失真增加。提供“軌到軌”操作的運算放大器使用特殊的電路配置來最小化電源軌附近的失真，但仔細閱讀典型“軌到軌”輸出的數據手冊會發現，輸出電流在供電軌處減小到零。

現代運算放大器采用工藝制造，其中單個晶體管具有數千兆赫茲帶寬。然而，運算放大器由數十或數百個晶體管、電阻和電容組成，該電路結構的凈效果是降低總帶寬，通常降低一個數量級或更多。這種自然帶寬降低的影響包括由級間雜散電容和電阻引起的相位和幅度誤差。帶寬降低限制了壓擺率，并且正如人們所期望的那樣對幅度敏感。因此，小信號比大信號具有更大的帶寬。

但是，某些應用可以使用小信號帶寬。在一種這樣的應用中——用于遠程傳感器的阻抗轉換器——小信號驅動相對較長的電纜。系統要求可能包括高達十分之一伏的放大，以及驅動50Ω或75Ω同軸電纜的能力。系統中的第一個放大器通常設置信噪比。顯然，帶寬和信噪比是聯系在一起的。因此，通過限制信號幅度來利用小信號帶寬，可以使用消耗更少電源電流的較便宜的運算放大器。

利用運算放大器頻率特性

雖然帶寬限制會降低運算放大器的性能，但您可以利用帶寬限制來充分利用廉價運算放大器。例如，如果您需要使用簡單的1MHz低通濾波器來限制信號帶寬，該怎么辦？對于非關鍵應用，可以使用MAX4245等價格低廉的運算放大器（圖2a）。對于3MHz低通濾波器，可以使用MAX4330（圖2b）。對于更關鍵的應用，精確控制截止頻率和斜率的Sallen-Key有源濾波器更為合適。

圖2.這些電路采用廉價運算放大器工作，因為它們有意將信號帶寬限制在1MHz （a）和3MHz （b）。

低通帶寬可與其他功能結合使用，以降低系統成本。例如，由“完美二極管”制成的精密整流器可以通過降低信號帶寬來平滑信號的邊緣。（“完美二極管”是指在反饋環路中帶有二極管的運算放大器，它產生二極管響應，而沒有通常的正向壓降。請參閱圖 3。

圖3.反饋路徑中的二極管使該運算放大器電路能夠執行全波整流，而不會產生與二極管中的正向壓降相關的損耗。

將差分信號轉換為單端信號，同時降低高頻噪聲的電路也可以使用廉價的運算放大器工作。再舉一個例子，您可以構建一個具有遲滯的比較器（施密特觸發器），該比較器可忽略其閾值電壓中的高頻噪聲（圖 4）。低于閾值的噪聲將被忽略，正反饋鎖存輸出狀態，直到超過相反的閾值。輸出的壓擺率受運算放大器響應的限制。

圖4.這種廉價運算放大器的適度帶寬允許施密特觸發器電路忽略高頻噪聲。

慢速運算放大器往往價格低廉，通過組合利用運算放大器原生頻率響應的功能，可以降低系統成本。電源的偏置和基準電路可以利用低通特性來去耦噪聲并產生清潔電源。運算放大器可以將電路與其他電路隔離，并充當低通濾波器。例如，在圖5中，運算放大器電壓跟隨器使單個基準電壓源能夠由模數轉換器（ADC）、數模轉換器（DAC）和其他電路共享。跟隨器件的高輸入阻抗和低輸出阻抗用于將各種電路彼此隔離。這種隔離減輕了走線長度對電路板的影響，并防止電路之間的串擾。由于基準電壓輸出預期為單個直流值，因此低帶寬運算放大器通過充當低通濾波器來提高其質量。

圖5.這些廉價的運算放大器為各種電路分配單個基準電壓，而其低帶寬則用作受歡迎的噪聲濾波器。

我們正處于通信爆炸式增長之中，消費者開始期望高速通信網絡能夠廣泛使用。在美國，政府機構已經開始考慮普遍寬帶的可用性，這與20世紀政府的基礎設施任務相似。這種基礎設施——農村電氣化、通用電話服務和州際公路系統——大大提高了我們的生活水平。當我們考慮越來越寬的通信帶寬時，我們還應該考慮控制該帶寬的所有系統。用于均衡、通道選擇、自動增益和頻率控制（AGC 和 AFC）以及許多其他電路的電路需要較慢的低頻控制。即使在這個大頻段時代，低帶寬運算放大器也占有一席之地。

審核編輯：郭婷