淺談可以量化放大器電路性能的簡便方法

設(shè)計放大器電路可能很困難，因為要考慮許多重要參數(shù)。從無源值到晶體管的材料參數(shù)，一切都會決定放大器的可用增益和帶寬。雖然您可以根據(jù)第一原理來計算最大增益和帶寬之類的東西，但還有一些更簡便的方法可以量化放大器電路的性能。

設(shè)計交流放大器時，一個重要的參數(shù)是單位增益帶寬，它與增益帶寬乘積有關(guān)。這個重要參數(shù)很好地總結(jié)了放大器的交流性能，同時考慮了增益和帶寬之間的反比關(guān)系。如果您正在設(shè)計放大器電路，并且正在執(zhí)行電路仿真，則可以使用正確的一組電路分析工具從結(jié)果中提取單位增益帶寬。

放大器的單位增益帶寬僅是開環(huán)增益等于1的輸入信號的頻率。請注意，當(dāng)放大器中不存在任何分量時，開環(huán)增益是放大器的測得最大增益。反饋回路。理想放大器的理論開環(huán)增益是無限的，但實際開環(huán)增益值在DC時約為100，000以上。

單位增益帶寬的定義意味著開環(huán)增益是頻率的函數(shù)。對于特定頻率下的給定差分輸入，輸出電壓（即開環(huán)增益）也將是某個函數(shù)頻率。換句話說，在某個頻率f，我們有一個特定的開環(huán)增益。

在某些時候，當(dāng)我們增加差分輸入端的頻率時，開環(huán)增益將下降至1。該頻率稱為單位增益帶寬。請注意，此定義假設(shè)我們正在使用帶寬的標(biāo)準(zhǔn)定義，它帶有其自身的細(xì)微差別。

需要將用于AC應(yīng)用的放大器（例如RF放大器）設(shè)計為適應(yīng)特定范圍的信號，該范圍通常稱為電路帶寬。一開始，“帶寬”一詞可能會有些混亂，特別是對于非工程師而言。本質(zhì)上，組件的帶寬是指組件必須工作的頻率范圍。就信號而言，帶寬是指信號所占的整個頻譜范圍。對于由離散諧波組成的信號（例如，數(shù)字信號），帶寬可以是無限的，因此我們必須在某個極限頻率處切斷帶寬。放大器也是如此。放大器可以接受任何頻率，但是當(dāng)頻率接近無窮大時，其增益將接近零。

在上述單位增益帶寬的定義中，我們假設(shè)放大器的帶寬從DC擴(kuò)展到無窮大。因此，我們將放大器的帶寬定義為從DC擴(kuò)展到單位增益帶寬頻率。這僅在特定的頻率范圍內(nèi)是正確的，在描述放大器的交流特性時必須明確指出。其他信號，例如調(diào)制模擬信號，可能具有更復(fù)雜的頻率內(nèi)容。放大器設(shè)計的目標(biāo)是：

最大化放大器的帶寬，使其可以接受較寬的頻率范圍。

確保單位增益帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬，以提供所需的增益。

導(dǎo)致單位增益帶寬增加的因素很多：

放大器傳遞函數(shù)中的極數(shù)。

反饋回路或輸入連接中的任何無功組件。

寄生效應(yīng)，例如輸入端的焊盤電容和鍵合線電感。

放大器中使用的任何半導(dǎo)體電路元件的結(jié)構(gòu)。

對于上面的前兩點，可以通過將無功分量濾波器放置在反饋環(huán)路和輸入中（它們將充當(dāng)濾波器）來修改放大器的實際帶寬。例如，在輸入端放置一個高通濾波器會使帶寬的下沿從直流移到更高的頻率。

上面關(guān)于寄生蟲的后兩點等效于前兩點。PCB布局或組件封裝中的寄生蟲只會給電路的傳遞函數(shù)增加一些反應(yīng)性。直到我們達(dá)到很高的頻率（mmWave）時，這些影響才變得明顯，但是隨著更多設(shè)備開始在此范圍內(nèi)正常運行，這些影響將變得越來越重要。半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)也可以說是相同的，它們具有自己的寄生效應(yīng)（例如MOSFET中的柵極電容）。
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