高速高压放大器的考虑因素以及容性负载对输出的影响

电压放大器是配合信号源(信号发生器)的理想工具，通过简单的设备连接，可以拓展信号源的输入电压幅度范围。典型的信号源输入范围都是10Vpp，而在MEMS、光电、超声等研究和应用领域，这样的电压幅度往往不能满足要求，因而用到电压放大器。而随着系统、设备处理速度的提高，高压放大器一般都有高速响应特性。

高电压放大器的快速响应特性不仅体现在带宽和压摆率，也与最大输出电流、负载的电容特性等密切相关。本文介绍如何根据用户需求，选择合适的高速高压放大器。

关键词：高压放大器，电压放大器，带宽，压摆率，电容性负载

主要技术指标：带宽和压摆率

描述高速高电压放大器基本特性的主要指标有：带宽(包括“大信号带宽”和“小信号带宽”)和压摆率。

“大信号带宽”描述的是，在大信号输入条件下，放大器的输出电压幅度随频率变化的关系。从图中我们可以看到，当超过某一个频点时，放大器的最大输出电压会迅速下降；输出电压降低到“最大电压的0.707倍”时的频点，就称之为3dB带宽(功率降低3dB)；此外还有一种表示方式，即0.1dB带宽(功率降低0.1dB)，在这个频点的输出电压是“最大电压的0.98倍”(正因为如此，0.1dB带宽也被称之为“满功率带宽”，而3dB带宽被称为“半功率带宽”)。由此可见，0.1dB带宽的数值要小于3dB带宽。

除了大信号带宽之外，还有一种带宽的指标，即“小信号带宽”。顾名思义，小信号带宽是指放大器在小信号条件下，输出电压和频率之间的关系。小信号带宽也可以用3dB带宽和0.1dB带宽两种方式来表示。

明白了带宽的几种表示形式之后，读者就可以根据实验要求，准确的选择所需的放大器型号了。需要注意的是，不同厂家、不同型号描述带宽的方式都各不相同，因此在选择的时候最好与厂家联系，询问指标的具体表示方式。

“阶跃响应”和“压摆率”都是描述放大器响应速度的指标。“阶跃响应”是指放大器输出脉冲从10%上升到90%所需要的时间，单位是秒(通常都在微秒，即10-6秒量级)；“压摆率”描述输出电压的上升(或下降)速度，即单位时间内输出电压上升(或下降)的幅度，单位是“V/uS”(伏每微秒)。

这两个指标都描述了放大器产生快速脉冲、快速方波的能力，与此同时同时也是带宽的限制因素。下面结合图形来说明这两个指标和带宽的关系。

从图4我们可以看出，对于正弦波而言，上升速度最快的阶段是在0V附近；随着频率的升高，波形在0V附近的上升速度越快(波形越陡)。这就要求放大器提供快速的电压上升，否则就会在0V附近产生波形失真，而失真的极端情况就是输出波形将会畸变成三角波、并且输出幅度被压缩。

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