第6章-放大器的頻率特性

模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)

第六章頻率響應(yīng)華僑大學(xué)·電子與信息工程學(xué)院電子工程系楊驍凌朝東xiaoyanghqu@頻率響應(yīng)分析的目的是分析電路的響應(yīng)速度或頻率特性（如3dB帶寬）。在分析頻率響應(yīng)時(shí)，必須考慮電路中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電容（包括外接電容、寄生電容和MOS管中的各種電容。頻率響應(yīng)的一般分析方法：確定電路中晶體管的高頻小信號(hào)等效模型（即考慮了MOS管中電容的模型）把電路中的晶體管用小信號(hào)模型等效，并將電路的外接電容納入等效電路中根據(jù)基爾霍夫電壓定理和電流定理求解電路的傳遞函數(shù)頻率分析當(dāng)電路中的節(jié)點(diǎn)數(shù)較大時(shí)，求其精確的傳遞函數(shù)非常復(fù)雜，并且要從復(fù)雜的傳遞函數(shù)中很難直觀地觀察到影響電路的主要頻率特性的電路參數(shù)。因此一般采用一些近似分析方法。本章首先學(xué)習(xí)如何根據(jù)傳遞函數(shù)來(lái)畫(huà)波特圖；然后介紹頻率響應(yīng)與時(shí)域響應(yīng)的關(guān)系；最后引入頻率響應(yīng)的近似分析方法。波特圖波特圖就是根據(jù)電路的傳遞函數(shù)近似畫(huà)出電路的幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)和相頻曲線(xiàn)，進(jìn)而可以直觀了解電路的頻率特性。電路傳遞函數(shù)的表示波特圖畫(huà)法（1）在每個(gè)零點(diǎn)頻率處，幅值曲線(xiàn)的斜率按+20dB/dec增加；在每個(gè)極點(diǎn)頻率處，其斜率按-20dB/dec下降；（2）對(duì)一個(gè)的左半平面極點(diǎn)頻率，相位約在0.1的地方開(kāi)始下降，在處經(jīng)歷-45°的變化，在大約10處達(dá)到-90°的變化。波特圖畫(huà)法（3）對(duì)一個(gè)的左半平面零點(diǎn)頻率，相位約在0.1的地方開(kāi)始下降，在處經(jīng)歷-45°的變化，在大約10處達(dá)到-90°的變化。對(duì)一個(gè)的右半平面零點(diǎn)頻率，相位約在0.1的地方開(kāi)始上升，在處經(jīng)歷45°的變化，在大約10處達(dá)到90°的變化。右半平面零點(diǎn)對(duì)相頻響應(yīng)曲線(xiàn)的影響同左半平面極點(diǎn)的影響一樣，因此右半平面零點(diǎn)對(duì)放大器的穩(wěn)定性具有很重要的影響。幅頻響應(yīng)：傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)（左半面的零點(diǎn)）傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)（右半面的零點(diǎn)）頻率響應(yīng)與時(shí)域響應(yīng)的關(guān)系電路的頻率響應(yīng)和時(shí)域響應(yīng)之間是一一對(duì)應(yīng)的。復(fù)數(shù)極點(diǎn)與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系密勒效應(yīng)分析電路的頻率響應(yīng)時(shí)，常利用Miller定理來(lái)簡(jiǎn)化電路的分析，它可以將跨接在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的阻抗轉(zhuǎn)換為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)地的阻抗，從而使電路分析大大簡(jiǎn)化。密勒效應(yīng)密勒定理：如果圖

(a)的電路可以轉(zhuǎn)換成圖

(b)的電路，則其中密勒效應(yīng)考慮圖所示的電路，其中的電壓放大器的增益為-Ａ，該放大器的其他參數(shù)是理想的。請(qǐng)計(jì)算這個(gè)電路的輸入電容。輸入電容等于CF(1+A)，相當(dāng)于放大了(1+A)注意事項(xiàng)在應(yīng)用Miller定理時(shí)，要注意到Miller定理的適用條件，即只有跨接在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的阻抗可以轉(zhuǎn)換為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的對(duì)地阻抗時(shí)，Miller定理才成立。注意事項(xiàng)1：阻抗Z不能是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)X和Y之間唯一的信號(hào)通道。注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)2：Miller定理可以用來(lái)計(jì)算電路的輸入阻抗和正向傳遞函數(shù)，當(dāng)不能同時(shí)用來(lái)計(jì)算電路的輸出阻抗或反向傳遞函數(shù)。注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)3：Miller定理常用來(lái)計(jì)算電路的主極點(diǎn)，但是在變換過(guò)程中它忽略了傳遞函數(shù)的零點(diǎn)。注意事項(xiàng)4：電壓增益會(huì)隨著頻率的變化而變化，但是通常使用低頻增益值簡(jiǎn)化計(jì)算，這會(huì)給頻率響應(yīng)分析引入一定的誤差。極點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)第6章：極點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)每個(gè)極點(diǎn)值的確定都是由相應(yīng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)到地“看到的”總電容乘以從這個(gè)結(jié)點(diǎn)到地“看到的”總電阻。從這個(gè)觀點(diǎn)看，我們可以說(shuō)電路中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)傳輸函數(shù)貢獻(xiàn)一個(gè)極點(diǎn)。一個(gè)極點(diǎn)和相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的這種聯(lián)系為估算傳輸函數(shù)提供了一種直觀的方法?？偟牡刃щ娙菖c總的等效電阻（均指的是從結(jié)點(diǎn)到地“看到的”值）相乘，就得到了時(shí)間常數(shù)，也就得到了一個(gè)極點(diǎn)的頻率。密勒效應(yīng)計(jì)算圖中與結(jié)點(diǎn)X相關(guān)聯(lián)的極點(diǎn)。從X點(diǎn)到地“看到的”總