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PCB设计人员的放大器选择标准

每个人都可能熟悉经典的741运算放大器,尤其是当您回想起早期的电子课程时。但是,当涉及到特殊应用时,可用放大器的范围足以使任何设计师都为之振奋。一旦了解了不同的放大器如何引用不同的规格,就可以轻松确定最适合您的应用的放大器。我们为PCB设计人员编制了重要的放大器选择标准清单。


放大器类

所有放大器都分为不同的类别,这决定了它们在不同应用中的有用性。以下是5种常见的放大器类别:

l A类。这些放大器旨在实现高度线性,并始终处于偏置状态。因此,它们不适合大功率应用,因为它们将比其他类别的放大器消耗更多的功率。

l B类。这些放大器被设计为A类放大器的更有效替代品。但是,由于它们使用的FET需要最少的输入才能接通晶体管,因此它们不能完美地再现输入波形,并且在较低的输入信号强度下会产生一些失真。这称为交叉失真。

l AB类。这些放大器可以说是广泛应用中最常用的放大器。与没有交叉失真的A类放大器相比,它们具有更高的效率。它们还具有可比的线性范围。

l C类。这些放大器更经常用于RF应用。由于使用内部LC振荡电路或其他电路来在高频下提供强大的增益,因此可以将它们设计为较宽的带宽。但是,它们的线性度比上述放大器类的线性度低。

l D类。这些放大器使用某种形式的PWM来控制输出。通过输出端的低通滤波器将输出转换回模拟信号。这些通常通过将输出转换为更高频率的PWM信号而用于电机控制应用中。


注意,还有许多其他类别的放大器,具有不同的专业水平。无论选择使用哪种放大器,都需要权衡不同放大器的一些不同规格。

 

放大器选择标准的重要规格

选择用于模拟信号的放大器时,请注意以下规格:

l 开环和闭环电压增益。开环增益有效地告诉您放大器可以产生的最大增益。实际上,一旦应用了反馈,您将测量闭环增益。注意,这是频率的函数;增益谱的波特图将类似于低通滤波器的图。

l 线性范围。有几种方法可以引用该值。输入和输出信号之间的关系从来都不是完美的线性关系,但在许多应用中它可能会接近。可以指定为输入信号电平范围(通常以dBm为单位),也可以指定为具有某些相关失真值的最大输入值。

l 动态范围。这只是最小和最大可能输出值之间的差异。最小值受本底噪声限制,而最大值受线性输入范围限制。通常,动态范围为DR = SNR + 1。

l 带宽。对于通用放大器,这实际上与上升时间有关,上升时间是电路切换所需的时间(10%至90%)。这将限制放大器中有用频率的范围(请参阅此列表下方的注释)。

l 摆率。这是输出的变化率,通常以V / us或V / ns为单位。

l 共模抑制比。这是放大器抑制放大器两个输入端都存在的共模噪声的能力。

l 效率。这个数字实际上是关于耗散热量的陈述。效率更高的放大器会消耗较少的功率作为热量。

l 输入。放大器可以是全单端或全差分(即差分输入和差分输出)。

以上所有参数都是输入频率的函数。专用放大器将具有在某些频率范围内指定的带宽。确保带宽与目标频率范围重叠。特定应用中使用的放大器还有其他重要规格。

 

功率放大器

所有功率放大器(通常为B,C或AB类)均设计为在其非线性压缩点附近运行,并且在工作期间会消耗大量功率。通常,放大器的输出功率会随着温度的升高而降低。高质量稳定放大器在整个工作温度范围内的功率输出降低幅度应小于1 dB。其他规格应表现出类似的稳定性。

选择功率放大器时,无论是针对特定应用还是一般应用,都应考虑前面列出的要点。但是,功率放大器已经针对不同的应用进行了开发,针对不同放大器列出的规格适用于处理这些特殊应用的设计人员。RF功率放大器就是一个很好的例子,其中不同频段的放大器基于不同的半导体工艺。

这些放大器固有的非线性会在工作期间导致一些意想不到的影响。音频社区的设计人员可能熟悉总谐波失真(THD)或总谐波失真加噪声(THD + N)。谐波失真是一种非线性效应,在输出中会出现所需信号的高次谐波。您的功率放大器应具有最低的THD或THD + N电平(通常以百分比表示)。

用于处理调频信号的功率放大器通常根据三阶截取点(3OIP)来指定失真。功率放大器的非线性特性将产生高阶谐波和互调产物,这是由于调频信号中不同频率之间的非线性混频而产生的。这些互调产物在放大器的输出频谱中显示为边带。由于非线性导致的这种失真水平也被称为RF社区之外的互调失真(IMD)。

 

尽管存在许多可能的互调产物,但是奇数阶产物最重要,因为它们最接近您正在使用的频率范围。三阶互调产物最接近所需频率,其次是第五,第七等。3OIP通常被引用为输入功率值,在该值处,三阶互调产物的强度将具有与所需信号相同的输出强度。


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