結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)射結的基極電流ib′減小。而只有真正流過發(fā)射結的基極電流才會被放大。
頻率越高,結電容的容抗就越小,則結電容的旁路作用就越顯著,晶體管的電流放大倍數β就越低,放大器的增益就越低。
今天我們來學習運放使用時高頻增益的制約因素!
一、 結電容與結電容的影響
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,那么肯定會存在結電容。這也是制約高頻增益的因素之一。
結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)射結的基極電流ib′減小。而只有真正流過發(fā)射結的基極電流才會被放大。頻率越高,結電容的容抗就越小,則結電容的旁路作用就越顯著,晶體管的電流放大倍數β就越低,放大器的增益就越低。
放大器中的晶體管發(fā)射結必須處于正偏狀態(tài),集電結則處于反偏狀態(tài),故發(fā)射結的結電容遠遠大于集電結的結電容。表面上看起來發(fā)射結的結電容是高頻增益下降的主要因素,但是實際上,集電結的結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,集電結的結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象——密勒效應——而這是造成集電結的結電容成為制約放大器高頻增益的決定性因素。
二、密勒效應
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,故增益的表達式中存在一個負號。
圖中,流過集電結電容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——這種現象稱為“密勒效應”
總結
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成一個RC低通網絡,從而限制了放大器的帶寬。
3.由于集電結電容的寄生性存在,且又由于密勒效應,故放大器的電壓增益與放大器帶寬的乘積成為一個常數?!鲆嬖礁?,則帶寬越低,反之亦然。
4.當然,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低通網絡的級聯。
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