压摆率为何会导致放大器输出信号失真？
品慧电子讯压摆率限制原因和影响因素：放大器低频极点是受输入级的米勒补偿电容影响，压摆率是受到放大级米勒补偿电容的影响。
1. 压摆率限制原因和影响因素
放大器低频极点是受输入级的米勒补偿电容影响，压摆率是受到放大级米勒补偿电容的影响。
如图 2.128，放大器的输入级与放大级电路示意图。输入级跨导 gm 将输入的差分信号转化为输出电流 Iout，Iout 流入放大级并对米勒补偿电容进行充电。流过电容的电流(ic)与电容两边电压关系，如式 2-80。
当 ic 为常数时，电容两端的电压将随时间 t 呈线性变化。
图 2.128 放大器放大级米勒电容示意图
所以当放大器输入的差分信号为小信号时，输入级的输出电流 Iout 远小于极限值，Iout 随输入差分信号变化而变化，放大级的输出电压 Vo 不受影响。而在输入信号为大信号时，输入级的输出电流 Iout 达到极限值 Iout（MAX），即饱和恒流状态，输入级不再遵循“虚短”原则，放大级的输出电压 Vo 跟随时间以固定斜率呈线性状态增加，这种现象称为压摆率限制。
影响压摆率的重要因素是放大器内部体效应，即半导体基片与衬底会形成 PN 节，具有结电容（体效应电容），如图 2.128 输入级 Cbody。由于 Cbody 的形成将分流 Iout，当 Cbody 等于 Cc 时，Iout 下降 50%，压摆率也将下降 50%。体效应问题在同相放大电路中比较突出，因为共模电压随输入信号变化而变化进而影响 Cbody。共模电压越高使得压摆率越低。在反相放大电路中，共模电压为常数，输入信号不会影响压摆率。
影响压摆率的另一因素是温度，半导体器件参数的性能与工作温度相关。在放大器数据手册中会提供压摆率与温度示意图，通常压摆率随着温度上升而在一定范围内增加，如图 2.129 为 ADA4807 压摆率与温度示意图。
2.129 ADA4807 压摆率与温度示意图
2. 压摆率仿真
压摆率仿真电路如图 2.130，使用 ADA4807 组建的缓冲器电路，分别以峰峰值为 5V 和 50mV，频率为 20KHz 的方波信号作为输入激励（V3）进行瞬态仿真。
图 2.130ADA4807 缓冲电路压摆率仿真图
在峰峰值为 5V，频率为 20KHz 的方波激励信号上升沿，ADA4807 的压摆率仿真结果，如图 2.131。
图 2.131 ADA4807 缓冲电路大信号激励 SR+仿真结果
在 50.0033μs 时 ADA4807 的输出电压为 -2V，在 50.0211μs 时 ADA4807 的输出电压为+2V（图 2.126 中 ADA4087 压摆率测试条件为 20%到 80%），由此可得：
仿真计算结果 224.7V/μs 近似于 ADA4807 数据手册 SR+的典型值 225V/μs，如图 2.126。
图 2.126 ADA4807 动态性能参数
在峰峰值为 5V，频率为 20KHz 的方波激励信号下降沿，ADA4807 压摆率仿真结果，如图 2.132。
图 2.132 ADA4807 缓冲电路大信号激励 SR- 仿真结果
在 70.013μs 时 ADA4807 的输出电压为+2V，在 70.0282μs 时 ADA4807 的输出电压为 -2V(图 2.126 中 ADA4087 压摆率测试条件为 80%到 20%），由此可得：
仿真计算结果为 263V/μs,接近数据手册 SR- 的典型值 250V/μs，如图 2.126。
在峰峰值为 50mV，频率为 20KHz 的方波激励信号上升沿，ADA4807 压摆率仿真结果，如图 2.133。
图 2.133 ADA4807 缓冲电路小信号激励 SR+仿真结果
在 50.003μs 时 ADA4807 的输出电压为 -21.03mV，在 50.00091μs 时，ADA4807 的输出电压为+18.93mV，由此可得：
可见在小信号作为激励时，压摆率的仿真计算结果为 6.5V/μs，远远低于 ADA4807 的 SR+压摆率典型值 225V/μs。
比对上述仿真结果可以验证压摆率适用于大信号的带宽分析，但是大信号是作为输入条件还是输出条件仍有疑问。上述缓冲器电路在输入小信号时，输出仍然是小信号。如果将输入小信号通过增益电路产生大信号输出时，结论是否不同？
如图 2.134，电路增益设计为 125 倍，输入信号是峰峰值为 50mV，频率为 20KHz 的方波小信号。
图 2.134 ADA4807 增益为 125 倍的小信号激励 SR+仿真电路
在峰峰值为 50mV，频率为 20KHz 的方波激励信号上升沿，ADA4807 压摆率仿真结果，如图 2.135。
图 2.135 ADA4807 增益为 125 倍的小信号激励 SR+仿真结果
输出信号正相的峰值为 2.986V,反相峰值为 -3.262，电路的闭环增益为：
计算电路增益为 124.96 倍，符合预期设计。在 50.0237μs 时 ADA4807 的输出电压为 -2.609V，在 50.2562μs 时 ADA4807 的输出电压为+2.384V，由此可得：
该仿真计算结果为 21.4V/μs 与数据手册中 SR+指标 225V/μs 仍然存在很大差异。由此可见，在电路输出为大信号，输入为小信号时压摆率也不会受限。
综上，由于放大器内部的放大级电路中存在米勒电容，使得放大器的输入端信号为大信号时，容易由于压摆率的限制导致放大器的输出信号产生失真。
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