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運(yùn)放使用時(shí)高頻增益的制約因素

發(fā)布時(shí)間:2022-09-28 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】結(jié)電容的存在使得基極電流ib被旁路。從而使得真正流過(guò)發(fā)射結(jié)的基極電流ib′減小。而只有真正流過(guò)發(fā)射結(jié)的基極電流才會(huì)被放大。頻率越高,結(jié)電容的容抗就越小,則結(jié)電容的旁路作用就越顯著,晶體管的電流放大倍數(shù)β就越低,放大器的增益就越低。


今天我們來(lái)學(xué)習(xí)運(yùn)放使用時(shí)高頻增益的制約因素!

一、 結(jié)電容與結(jié)電容的影響

在前面幾篇我們知道,運(yùn)放的兩個(gè)輸入端其實(shí)就是兩個(gè)三極管的基極,那么肯定會(huì)存在結(jié)電容。這也是制約高頻增益的因素之一。


運(yùn)算放大器偏置電阻的計(jì)算


結(jié)電容的存在使得基極電流ib被旁路。從而使得真正流過(guò)發(fā)射結(jié)的基極電流ib′減小。而只有真正流過(guò)發(fā)射結(jié)的基極電流才會(huì)被放大。頻率越高,結(jié)電容的容抗就越小,則結(jié)電容的旁路作用就越顯著,晶體管的電流放大倍數(shù)β就越低,放大器的增益就越低。


放大器中的晶體管發(fā)射結(jié)必須處于正偏狀態(tài),集電結(jié)則處于反偏狀態(tài),故發(fā)射結(jié)的結(jié)電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于集電結(jié)的結(jié)電容。表面上看起來(lái)發(fā)射結(jié)的結(jié)電容是高頻增益下降的主要因素,但是實(shí)際上,集電結(jié)的結(jié)電容才是放大器高頻增益下降的決定性因素。


對(duì)于共射放大器來(lái)說(shuō),集電結(jié)的結(jié)電容跨接在集電極與基極之間。而集電極往往是放大器的輸出端,基極則是放大器的輸入端??缃釉诜糯笃鞯姆聪噍斎攵伺c輸出端之間的電容存在著一種特殊現(xiàn)象——密勒效應(yīng)——而這是造成集電結(jié)的結(jié)電容成為制約放大器高頻增益的決定性因素。


二、密勒效應(yīng)

運(yùn)算放大器偏置電阻的計(jì)算


運(yùn)放輸入級(jí)是差分放大器。差分放大器在差動(dòng)信號(hào)下的工作狀態(tài)與共射放大器是等效的。

圖中需要注意的是:基極電壓Ub是輸入電壓、集電極電壓Uc是輸出電壓。


故放大器的增益為:


運(yùn)算放大器偏置電阻的計(jì)算


還需要注意,共射放大器是反相放大器,故增益的表達(dá)式中存在一個(gè)負(fù)號(hào)。

圖中,流過(guò)集電結(jié)電容Cbc的電流iCbc為:


三、密勒電容


可以將電路改畫(huà)如下。

運(yùn)算放大器偏置電阻的計(jì)算


 

運(yùn)算放大器偏置電阻的計(jì)算

即跨接在放大器輸出端和反相輸入端的電容,可以等效為輸入端對(duì)地的電容,這個(gè)等效為輸入端對(duì)地的電容容量為原電容的(1-Av)倍——這種現(xiàn)象稱為“密勒效應(yīng)”

總結(jié)

運(yùn)算放大器偏置電阻的計(jì)算


1.可以看到,放大器的電壓增益Av越高,則等效的密勒電容越大?!裕娊Y(jié)電容往往成為制約放大器高頻增益的主要因素。

2.等效到基極的密勒電容將與前級(jí)電路的輸出電阻構(gòu)成一個(gè)RC低通網(wǎng)絡(luò),從而限制了放大器的帶寬。

3.由于集電結(jié)電容的寄生性存在,且又由于密勒效應(yīng),故放大器的電壓增益與放大器帶寬的乘積成為一個(gè)常數(shù)?!鲆嬖礁撸瑒t帶寬越低,反之亦然。

4.當(dāng)然,如果人為地在集電極與基極之間接入一個(gè)電容,將會(huì)人為降低該共射放大器的低通截止頻率,即人為降低共射放大器的帶寬。

5.所以,共射放大器和差動(dòng)放大器都可以等效為一個(gè)理想的、帶寬無(wú)限寬的放大器和一個(gè)RC低通網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)。


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