放大器的頻率響應(yīng)(已修改)
2025-05-28 05:10 本頁(yè)面
【正文】 放大器的頻率響應(yīng) 單級(jí)放大器的分析中只考慮了低頻特性，而忽略了器件的分布電容的影響，但在大多數(shù)模擬電路中工作速度與其它參量如增益、功耗、噪聲等之間要進(jìn)行折衷，因此對(duì)每一種電路的頻率響應(yīng)的理解是非常必要的。在本章中，將研究在頻域中單級(jí)與差分放大器的響應(yīng)，通過(guò)對(duì)基本概念的了解，分析共源放大器、共柵放大器、CMOS放大器以及源極跟隨器的高頻特性，然后研究級(jí)聯(lián)與差分放大器，最后考慮差分對(duì)有源電流鏡的頻率響應(yīng)?！☆l率特性的基本概念和分析方法在設(shè)計(jì)模擬集成電路時(shí)，所要處理的信號(hào)是在某一段頻率內(nèi)的，即是所謂的帶寬，但是對(duì)于放大電路而言，一般都存在電抗元件，由于它們?cè)诟鞣N頻率下的電抗值不同，因而使放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的放大效果不完全一致，信號(hào)在放大過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生失真，所以要考慮放大器的頻率特性。頻率特性是指放大器對(duì)不同頻率的正弦信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。 基本概念頻率特性和通頻帶放大器的頻率特性定義為電路的電壓增益與頻率間的關(guān)系： （）式中AV(f)反映的是電壓增益的模與頻率之間的關(guān)系，稱(chēng)之為幅頻特性；而則為放大器輸出電壓與輸入電壓間的相位差與頻率的關(guān)系，稱(chēng)為相頻特性。所以放大器的頻率特性由幅頻特性與相頻特性來(lái)表述。低頻區(qū)：即在第三章對(duì)放大器進(jìn)行研究的頻率區(qū)域，在這一頻率范圍內(nèi)，MOS管的電容可視為開(kāi)路，此時(shí)放大器的電壓增益為最大。當(dāng)頻率高于該頻率時(shí)，放大器的電壓增益將會(huì)下降。上限頻率：當(dāng)頻率增大使電壓增益下降到低頻區(qū)電壓增益的1/時(shí)的頻率。高頻區(qū)：頻率高于中頻區(qū)的上限頻率的區(qū)域。幅度失真與相位失真因?yàn)榉糯笃鞯妮斎胄盘?hào)包含有豐富的頻率成分，若放大器的頻帶不夠?qū)?，則不同的信號(hào)頻率的增益不同，因而產(chǎn)生失真，稱(chēng)之為頻率失真。頻率失真反映在兩個(gè)方面：幅度失真（信號(hào)的幅度產(chǎn)生的失真）與相位失真（不同頻率產(chǎn)生了不同的相移，引起輸出波形的失真）。由于線性電抗元件引起的頻率失真又稱(chēng)為線性失真。注：由于非線性元件（三極管等）的特性曲線的非線性所引起，稱(chēng)為非線性失真。用分貝表示放大倍數(shù)增益一般以分貝表示時(shí)，可以有兩種形式，即：功率放大倍數(shù)： ()電壓放大倍數(shù)： ()4 對(duì)數(shù)頻率特性頻率采用對(duì)數(shù)分度，而幅值（以分貝表示的電壓增益）或相角采用線性分度來(lái)表示放大器的頻率特性，這種以對(duì)數(shù)頻率特性表示的兩條頻率特性曲線，就稱(chēng)為對(duì)數(shù)頻率特性，也稱(chēng)為波特圖，它是用折線近似表示的。 研究方法對(duì)頻率特性的研究一般是基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)的零極點(diǎn)的研究，由信號(hào)與系統(tǒng)的理論可知傳輸函數(shù)的零點(diǎn)決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，而傳輸函數(shù)的極點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的就是系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率，因此重點(diǎn)通過(guò)等效電路推導(dǎo)出電路的傳輸函數(shù)，進(jìn)而求出零、極點(diǎn)以確定電路的頻率特性。 ，A1與A2是理想電壓放大器，R1與R2為每一級(jí)的輸出電阻模型，Ci與CN代表每一級(jí)輸入電容，CL代表負(fù)載電容?！》糯笃鞯募?jí)聯(lián)則總的傳輸函數(shù)為： ()該電路有三個(gè)極點(diǎn)，每一個(gè)極點(diǎn)是由從該節(jié)點(diǎn)看進(jìn)去的總的到地的電容與總的到地的電阻的乘積。因此，電路的極點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)于電路的節(jié)點(diǎn)，即ωj=τj1，其中τj是從節(jié)點(diǎn)j看進(jìn)去的電容與電阻的乘積。因此可以認(rèn)為電路的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)提供給傳輸函數(shù)的一個(gè)極點(diǎn)。上面的描述一般情況下是無(wú)效的，極點(diǎn)的位置很難計(jì)算，因?yàn)镽3與C3在X與Y相互交接，然而在一個(gè)極點(diǎn)的許多電路中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)提供一個(gè)直觀的方法估算傳輸函數(shù)：把總的等效電容與總的累加的電阻相乘(有效的節(jié)點(diǎn)到地)，因此得到等效時(shí)間常數(shù)和一個(gè)極點(diǎn)頻率?！」?jié)點(diǎn)之間的相互作用 共源級(jí)的頻率響應(yīng) 電路的零極點(diǎn)1 等效電路法(a)所示，則根據(jù)第二章所學(xué)的MOS管的小信號(hào)等效模型，(b)中小信號(hào)等效電路，(b)中的電路的進(jìn)一步簡(jiǎn)化，(c)所示的等效電路。(a) (b)(c) (a)二極管連接的增強(qiáng)型NMOS為負(fù)載的共源放大器電路；(b)圖(a)的等效電路；(c)圖(b)的簡(jiǎn)化電路(c)所示的等效電路中 （） （）(c
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