PCB設計人員的放大器選擇標準

2020-11-22 電子發燒友

每個人都可能熟悉經典的741運算放大器，尤其是當您回想起早期的電子課程時。但是，當涉及到特殊應用時，可用放大器的範圍足以使任何設計師都為之振奮。一旦了解了不同的放大器如何引用不同的規格，就可以輕鬆確定最適合您的應用的放大器。我們為PCB設計人員編制了重要的放大器選擇標準清單。

放大器類

所有放大器都分為不同的類別，這決定了它們在不同應用中的有用性。以下是5種常見的放大器類別：

l A類。這些放大器旨在實現高度線性，並始終處於偏置狀態。因此，它們不適合大功率應用，因為它們將比其他類別的放大器消耗更多的功率。

l B類。這些放大器被設計為A類放大器的更有效替代品。但是，由於它們使用的FET需要最少的輸入才能接通電晶體，因此它們不能完美地再現輸入波形，並且在較低的輸入信號強度下會產生一些失真。這稱為交叉失真。

l AB類。這些放大器可以說是廣泛應用中最常用的放大器。與沒有交叉失真的A類放大器相比，它們具有更高的效率。它們還具有可比的線性範圍。

l C類。這些放大器更經常用於RF應用。由於使用內部LC振蕩電路或其他電路來在高頻下提供強大的增益，因此可以將它們設計為較寬的帶寬。但是，它們的線性度比上述放大器類的線性度低。

l D類。這些放大器使用某種形式的PWM來控制輸出。通過輸出端的低通濾波器將輸出轉換回模擬信號。這些通常通過將輸出轉換為更高頻率的PWM信號而用於電機控制應用中。

注意，還有許多其他類別的放大器，具有不同的專業水平。無論選擇使用哪种放大器，都需要權衡不同放大器的一些不同規格。

 

放大器選擇標準的重要規格

選擇用於模擬信號的放大器時，請注意以下規格：

l 開環和閉環電壓增益。開環增益有效地告訴您放大器可以產生的最大增益。實際上，一旦應用了反饋，您將測量閉環增益。注意，這是頻率的函數；增益譜的波特圖將類似於低通濾波器的圖。

l 線性範圍。有幾種方法可以引用該值。輸入和輸出信號之間的關係從來都不是完美的線性關係，但在許多應用中它可能會接近。可以指定為輸入信號電平範圍（通常以dBm為單位），也可以指定為具有某些相關失真值的最大輸入值。

l 動態範圍。這只是最小和最大可能輸出值之間的差異。最小值受本底噪聲限制，而最大值受線性輸入範圍限制。通常，動態範圍為DR = SNR + 1。

l 帶寬。對於通用放大器，這實際上與上升時間有關，上升時間是電路切換所需的時間（10％至90％）。這將限制放大器中有用頻率的範圍（請參閱此列表下方的注釋）。

l 擺率。這是輸出的變化率，通常以V / us或V / ns為單位。

l 共模抑制比。這是放大器抑制放大器兩個輸入端都存在的共模噪聲的能力。

l 效率。這個數字實際上是關於耗散熱量的陳述。效率更高的放大器會消耗較少的功率作為熱量。

l 輸入。放大器可以是全單端或全差分（即差分輸入和差分輸出）。

以上所有參數都是輸入頻率的函數。專用放大器將具有在某些頻率範圍內指定的帶寬。確保帶寬與目標頻率範圍重疊。特定應用中使用的放大器還有其他重要規格。

 

功率放大器

所有功率放大器（通常為B，C或AB類）均設計為在其非線性壓縮點附近運行，並且在工作期間會消耗大量功率。通常，放大器的輸出功率會隨著溫度的升高而降低。高質量穩定放大器在整個工作溫度範圍內的功率輸出降低幅度應小於1 dB。其他規格應表現出類似的穩定性。

選擇功率放大器時，無論是針對特定應用還是一般應用，都應考慮前面列出的要點。但是，功率放大器已經針對不同的應用進行了開發，針對不同放大器列出的規格適用於處理這些特殊應用的設計人員。RF功率放大器就是一個很好的例子，其中不同頻段的放大器基於不同的半導體工藝。

這些放大器固有的非線性會在工作期間導致一些意想不到的影響。音頻社區的設計人員可能熟悉總諧波失真（THD）或總諧波失真加噪聲（THD + N）。諧波失真是一種非線性效應，在輸出中會出現所需信號的高次諧波。您的功率放大器應具有最低的THD或THD + N電平（通常以百分比表示）。

用於處理調頻信號的功率放大器通常根據三階截取點（3OIP）來指定失真。功率放大器的非線性特性將產生高階諧波和互調產物，這是由於調頻信號中不同頻率之間的非線性混頻而產生的。這些互調產物在放大器的輸出頻譜中顯示為邊帶。由於非線性導致的這種失真水平也被稱為RF社區之外的互調失真（IMD）。

 

儘管存在許多可能的互調產物，但是奇數階產物最重要，因為它們最接近您正在使用的頻率範圍。三階互調產物最接近所需頻率，其次是第五，第七等。3OIP通常被引用為輸入功率值，在該值處，三階互調產物的強度將具有與所需信號相同的輸出強度。

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