運放使用時高頻增益的制約因素

結(jié)電容的存在使得基極電流ib被旁路。從而使得真正流過發(fā)射結(jié)的基極電流ib′減小。而只有真正流過發(fā)射結(jié)的基極電流才會被放大。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。

今天我們來學(xué)習(xí)運放使用時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，運放的兩個輸入端其實就是兩個三極管的基極，那么肯定會存在結(jié)電容。這也是制約高頻增益的因素之一。

結(jié)電容的存在使得基極電流ib被旁路。從而使得真正流過發(fā)射結(jié)的基極電流ib′減小。而只有真正流過發(fā)射結(jié)的基極電流才會被放大。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。

對于共射放大器來說，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)

運放輸入級是差分放大器。差分放大器在差動信號下的工作狀態(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：

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

圖中，流過集電結(jié)電容Cbc的電流iCbc為：

三、密勒電容

可以將電路改畫如下。

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地的電容，這個等效為輸入端對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)

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?！?，集電結(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電路的輸出電阻構(gòu)成一個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常數(shù)?！鲆嬖礁?，則帶寬越低，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電容，將會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，共射放大器和差動放大器都可以等效為一個理想的、帶寬無限寬的放大器和一個RC低通網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)。

審核編輯：湯梓紅