放大器的单位增益带宽是多少?
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放大器的增益与带宽成反比，二者的关系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模拟中提取出来。
当设计这类放大器时，需要确定增益带宽乘积，也称为单位增益带宽。
设计放大器电路可能是困难的，因为有许多重要的参数要考虑。从无源的值到晶体管的材料参数，一切都将决定放大器的可用增益和带宽。虽然你可以根据第一原理计算出最大增益和带宽等东西，但有一些更简单的方法来量化放大器电路的表现。
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。如果你正在设计一个放大器电路并进行电路模拟，你可以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当开环增益等于1时输入信号的频率。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。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电流下的10万数量级及以上。
单位增益带宽的定义意味着开环增益是频率的函数。对于特定频率下的给定微分输入，输出电压，因此开环增益，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范围内的操作如下:
在这个运算放大器中，我们输入一个给定频率的正弦信号。给AOL = 1的信号频率是这个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。一开始，“带宽”这个术语可能会让人有点困惑，尤其是对非工程师来说。本质上，组件的带宽是指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(如数字信号)，带宽可能是无限的，因此我们必须在某个极限频率上截断带宽。这同样适用于放大器;放大器可以接受任何频率，但当频率趋于无穷大时，它的增益将趋于零。
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扩展到无穷大。因此，我们将放大器的带宽定义为从直流向外延伸到单位增益带宽频率。这只在特定的频率范围内是正确的，在描述放大器的交流特性时必须清楚地说明。其他信号，如a调制模拟信号，可能有更复杂的频率内容。你在放大器设计的目标是:
最大限度地提高放大器的带宽，使它能接受更广泛的频率范围。
确保单位增益带宽远大于提供所需增益的信号带宽。
什么决定单位增益带宽?
许多因素导致单位增益带宽:
放大器传递函数中的极数。
反馈回路或输入连接中的任何反应元件。
寄生如输入端的垫电容和键合丝电感。
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元件滤波器来修改，这将起到滤波器的作用。例如，在输入端放置高通滤波器可以使带宽的下边缘远离直流电而向上移动到更高的频率。
上面关于寄生的后两点与前两点是等价的。寄生在PCB布局或组件包装只是增加了一些电路的传递函数的反应性。这些影响直到我们到达非常高的频率(mmWave)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，它们将变得越来越重要。半导体元件的结构也是如此，它们有自己的寄生系数(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从放大器工作在线性状态下的扫频模拟中确定。这需要为放大器和电路中的其他组件使用SPICE模型。简单地扫源频率在你的电路足够高的值与开环增益和检查增益下降到0分贝。这个频率就是单位增益带宽(见下文)。
运算放大器的增益频谱示例，显示单位增益带宽。
设计和模拟放大器电路可能是复杂的，但正确的一套PCB设计与分析软件使这一过程变得容易。的前端设计功能来自Cadence与强大整合PSpice软件模拟器，为您提供所需的工具，以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。您将可以访问一整套设计和优化功能。
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