模拟电路中带宽是什么,有什么具体的意义?

模拟电路中带宽是什么,有什么具体的意义?

最基础的模拟电路是放大器。

啥叫放大器啊?你给放大器输入一个幅值为1 mV、频率为1 kHz的正弦信号,在放大器的输出端得到一个幅值为1 V、频率1 kHz的正弦信号,这就放大了1000倍。这就是个放大器。

你看到输入1 kHz的正弦信号,在输出端可以得到放大了1000倍的同频率正弦信号,于是猜想:是不是输入任何频率的正弦信号,在输出端都可以得到放大1000倍的同频率的正弦信号呢?

答案是No! 不信的话,你再试试分别输入10 kHz、100 kHz、1MHz,一直到1 GHz、10 GHz、100 GHz的信号,你会发现放大器输出的信号幅值逐渐变小了。在最初的几个频率上,可能还可以放大大约1000倍,但你总会发现在某个频率上放大倍数降低到了 ,这个频率点就是放大器的带宽。在更高的频率点上,放大倍数还会进一步变小。这个 的倍数纯粹是人为规定的,其他平行宇宙里的人们可能用别的数。

那么带宽有什么意义呢?意义就是表明了电路可以有效处理的信号的频率范围。对放大器来说,它的功能就是放大信号,对于超出了带宽之外频率的信号,它逐渐失去了放大作用,也就是说它就不能“有效处理”信号了。

再啰嗦几句,为啥放大倍数会随信号频率升高而变小啊?我这里只讲一个最直观的原因,更严格的说明需要写出传递函数,做零、极点分析。最简单、直观的原因是电路中的各个节点都与GND(地)之间有电容。你可能会说,我没有在电路中设计这些电容啊!为什么这些节点会对地有电容呢?这是因为电路中存在所谓的“寄生电容”。寄生电容的来源各种各样,比如导线和GND之间就有寄生电容,MOSFET的各极对GND之间也有寄生电容。

信号在电路中穿行而过的时候,它在各个节点都会通过节点与GND之间的电容而消耗掉。不是所有的信号都能从输入走到输出,有一部分通过对GND的电容走到了GND里去。再想想电容的阻抗是什么?是 。看到了吗?电容的阻抗随着频率升高而变小。所以对频率较低的信号来说,这个阻抗很大,信号比较难走到GND去,而对频率较高的信号来说,这个阻抗就很小了,信号就很“偷懒”地走了阻抗小的路,走到GND里去了,也就是在中途就消耗掉了,当然最终在输出端得到的信号就变小了。