放大器的单位增益带宽是多少?
关键的外卖
放大器的增益和带宽是成反比的，它们的关系可以概括为单位增益带宽。
单位增益带宽定义了放大器增益等于1的频率。
单位增益对应的频率可以通过扫频从电路仿真中提取出来。
在设计这种类型的放大器时，您需要确定增益带宽积，也称为单位增益带宽。
设计放大器电路可能很困难，因为有许多重要的参数需要考虑。从无源的值到晶体管的材料参数都将决定放大器的可用增益和带宽。虽然你可以根据第一性原理计算出最大增益和带宽，但还有一些更简单的方法来量化放大器电路的性能。
在设计交流放大器时，一个重要的参数是单位增益带宽，它与增益带宽乘积有关。这个重要的参数很好地概括了放大器的交流性能，同时考虑了增益和带宽之间的反比关系。如果您正在设计一个放大器电路，并且正在进行电路模拟，那么您可以使用一组正确的电路分析工具从结果中提取单位增益带宽。
定义单位增益带宽
放大器的单位增益带宽就是输入信号在开环增益等于1时的频率。请注意，开环增益是在反馈回路中没有元件时测量到的放大器的最大增益。一个完美放大器的理论开环增益是无限的，但实际开环增益值在直流下的数量级为100,000或更高。
单位增益带宽的定义意味着开环增益是频率的函数。对于特定频率的给定微分输入，输出电压以及开环增益也将是某个函数频率。换句话说，在某个频率f处，我们有一个特定的开环增益。的运算放大器的开环增益在线性区域的运行如下所示:
在这个运算放大器中，我们以给定的频率提供正弦信号。使AOL = 1的信号频率是运算放大器的单位增益带宽。
在某一点上，当我们增加差分输入处的频率时，开环增益将下降到1。这个频率被称为单位增益带宽。注意，这个定义假设我们使用的是带宽的标准定义，它有自己的细微差别。
用于交流应用的放大器，如射频放大器，需要设计以适应特定范围的信号，这通常被称为电路的带宽。“带宽”一开始可能会让人有点困惑，尤其是对非工程师来说。本质上，组件的带宽指的是组件必须工作的频率范围。就信号而言，带宽是指信号所占据的整个光谱范围。对于由离散谐波组成的信号(例如数字信号)，带宽可以是无限的，因此我们必须在某个限制频率上切断带宽。这同样适用于放大器;放大器可以接受任何频率，但当频率接近无穷大时，它的增益将趋近于零。
在上述单位增益带宽的定义中，我们假设放大器的带宽从直流延伸到无穷远。因此，我们将放大器的带宽定义为从直流到单位增益带宽频率的扩展。这只在特定的频率范围内是正确的，在描述放大器的交流行为时必须清楚地说明。其他信号，如a调制模拟信号，可能有更复杂的频率内容。你在放大器设计中的目标是:
最大化放大器的带宽，以便它可以接受更宽的频率范围。
确保单位增益带宽远远大于信号带宽，以提供所需的增益。
什么决定单位增益带宽?
造成单位增益带宽的因素有很多:
放大器传递函数中的极数。
反馈回路或输入连接中的任何响应组件。
寄生，如在输入垫电容和键合线电感。
放大器中使用的任何半导体电路元件的结构。
对于上面的前两点，放大器的实际带宽可以通过在反馈回路和输入端放置无功滤波器来修改，这将起到滤波器的作用。例如，在输入端放置高通滤波器将带宽的下缘从直流移到更高的频率。
上述关于寄生的后两点与前两点是等价的。PCB布局或组件封装中的寄生只是增加了电路传递函数的一些反应性。这些影响直到我们达到非常高的频率(毫米波)才会变得明显，但随着越来越多的设备开始在这个范围内定期运行，它们将变得更加重要。半导体元件的结构也是如此，它们有自己的寄生(例如，MOSFET中的门电容)。
从模拟中确定单位增益带宽
元件或放大器电路的单位增益带宽可以通过放大器工作在线性状态下的扫频模拟来确定。这需要为放大器和电路中的其他组件使用SPICE模型。简单地将电路中的源频率扫到足够高的开环增益值，并检查增益下降到0 dB的位置。这个频率就是单位增益带宽(见下文)。
示例运算放大器的增益频谱，显示单位增益带宽。
设计和模拟放大电路可能是复杂的，但正确的一套PCB设计与分析软件有助于简化这一过程。的前端设计功能来自Cadence与强者融合PSpice软件模拟器，为您提供所需的工具来计算放大器性能的重要指标，包括单位增益带宽。一旦创建了PCB布局，Cadence有一套SI/PI分析点工具用于布局后验证和模拟。您将有机会获得全套的设计和优化功能。
如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧．你也可以访问我们的YouTube频道观看有关模拟和系统分析的视频，并查看我们的设计和分析工具套件的新开云体育刀塔2内容。