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技術(shù)專題
電路設(shè)計(jì)放大器的單位增益帶寬是多少？
設(shè)計(jì)放大器電路可能很困難，因?yàn)橐紤]許多重要參數(shù)。從無(wú)源值到晶體管的材料參數(shù)，一切都會(huì)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(lái)計(jì)算最大增益和帶寬之類的東西，但還有一些更簡(jiǎn)便的方法可以量化放大器電路的性能。
設(shè)計(jì)交流放大器時(shí)，一個(gè)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(gè)重要參數(shù)很好地總結(jié)了放大器的交流性能，同時(shí)考慮了增益和帶寬之間的反比關(guān)系。如果您正在設(shè)計(jì)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(kāi)環(huán)增益等于1的輸入信號(hào)的頻率。請(qǐng)注意，當(dāng)放大器中不存在任何分量時(shí)，開(kāi)環(huán)增益是放大器的測(cè)得最大增益。反饋回路。理想放大器的理論開(kāi)環(huán)增益是無(wú)限的，但實(shí)際開(kāi)環(huán)增益值在DC時(shí)約為100,000以上。
單位增益帶寬的定義意味著開(kāi)環(huán)增益是頻率的函數(shù)。對(duì)于特定頻率下的給定差分輸入，輸出電壓（即開(kāi)環(huán)增益）也將是某個(gè)函數(shù)頻率。換句話說(shuō)，在某個(gè)頻率f，我們有一個(gè)特定的開(kāi)環(huán)增益。
在某些時(shí)候，當(dāng)我們?cè)黾硬罘州斎攵说念l率時(shí)，開(kāi)環(huán)增益將下降至1。該頻率稱為單位增益帶寬。請(qǐng)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(jì)為適應(yīng)特定范圍的信號(hào)，該范圍通常稱為電路帶寬。一開(kāi)始，“帶寬”一詞可能會(huì)有些混亂，特別是對(duì)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(hào)而言，帶寬是指信號(hào)所占的整個(gè)頻譜范圍。對(duì)于由離散諧波組成的信號(hào)（例如，數(shù)字信號(hào)），帶寬可以是無(wú)限的，因此我們必須在某個(gè)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(wú)窮大時(shí)，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(wú)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(shí)必須明確指出。其他信號(hào)，例如調(diào)制模擬信號(hào)，可能具有更復(fù)雜的頻率內(nèi)容。放大器設(shè)計(jì)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(hào)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(wú)功組件。
寄生效應(yīng)，例如輸入端的焊盤(pán)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(duì)于上面的前兩點(diǎn)，可以通過(guò)將無(wú)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(lái)修改放大器的實(shí)際帶寬。例如，在輸入端放置一個(gè)高通濾波器會(huì)使帶寬的下沿從直流移到更高的頻率。
上面關(guān)于寄生蟲(chóng)的后兩點(diǎn)等效于前兩點(diǎn)。PCB布局或組件封裝中的寄生蟲(chóng)只會(huì)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(shí)，這些影響才變得明顯，但是隨著更多設(shè)備開(kāi)始在此范圍內(nèi)正常運(yùn)行，這些影響將變得越來(lái)越重要。半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)也可以說(shuō)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）。