PCB設計工程師放大器選擇標準

2020-03-24

PCB設計工程師都要了解重要的放大器選擇標準清單。每個(gè)人都可能熟悉經(jīng)典的741運算放大器，尤其是當您回想起早期的電子課程時(shí)。但是，當涉及到特殊應用時(shí)，可用放大器的范圍足以使任何設計師都為之振奮。一旦了解了不同放大器如何引用不同規格，就可以輕松確定適合您應用的好的放大器。

放大器類(lèi)

所有放大器均分為不同的類(lèi)別，這決定了它們在不同應用中的有用性。以下是5種常見(jiàn)的放大器類(lèi)別：

A類(lèi)。這些放大器旨在實(shí)現高度線(xiàn)性，并始終處于偏置狀態(tài)。因此，它們不適合大功率應用，因為它們將比其他類(lèi)別的放大器消耗更多的功率。

B類(lèi)。這些放大器被設計為A類(lèi)放大器的更有效替代品。但是，由于它們使用的FET需要最少的輸入才能接通晶體管，因此它們不能完美地再現輸入波形，并且在較低的輸入信號強度下會(huì )產(chǎn)生一些失真。這稱(chēng)為交叉失真。

AB類(lèi)。這些放大器可以說(shuō)是廣泛應用中最常用的放大器。與沒(méi)有交叉失真的A類(lèi)放大器相比，它們具有更高的效率。它們還具有可比的線(xiàn)性范圍。

C類(lèi)。這些放大器更經(jīng)常用于RF應用。由于使用內部LC振蕩電路或其他電路來(lái)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。然而，它們具有比上述放大器類(lèi)更低的線(xiàn)性度。

D類(lèi)。這些放大器使用某種形式的PWM來(lái)控制輸出。通過(guò)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(guò)將輸出轉換為更高頻率的PWM信號而用于電機控制應用中。

示例D類(lèi)音頻放大器

注意，還有許多其他類(lèi)別的放大器，具有不同的專(zhuān)業(yè)水平。無(wú)論選擇使用哪種放大器，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

選擇用于模擬信號的放大器時(shí)，請注意以下規格：

開(kāi)環(huán)和閉環(huán)電壓增益。開(kāi)環(huán)增益有效地告訴您放大器可以產(chǎn)生的較大增益。實(shí)際上，一旦應用了反饋，您將測量閉環(huán)增益。注意，這是頻率的函數；增益譜的波特圖將類(lèi)似于低通濾波器的圖。

線(xiàn)性范圍。有幾種方法可以引用此值。輸入和輸出信號之間的關(guān)系永遠不會(huì )是完美的線(xiàn)性關(guān)系，但在許多應用中它可能會(huì )變得很接近?？梢灾付檩斎胄盘栯娖椒秶ㄍǔＲ?/span>dBm為單位），也可以指定為具有某些相關(guān)失真值的最大輸入值。

動(dòng)態(tài)范圍。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(xiàn)性輸入范圍限制。通常，動(dòng)態(tài)范圍為DR = SNR + 1。

帶寬。對于通用放大器，這實(shí)際上與上升時(shí)間有關(guān)，上升時(shí)間是電路切換所需的時(shí)間（10％至90％）。這將限制放大器中有用頻率的范圍（請參閱此列表下方的注釋?zhuān)?/span>

擺率。這是輸出的變化率，通常為V / us或V / ns。

共模抑制比。這是放大器抑制放大器兩個(gè)輸入端都存在的共模噪聲的能力。

效率。這個(gè)數字實(shí)際上是關(guān)于耗散熱量的陳述。效率更高的放大器會(huì )消耗較少的功率作為熱量。

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(zhuān)用放大器將具有在某些頻率范圍內指定的帶寬。確保帶寬與目標頻率范圍重疊。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(lèi)）均設計為在其非線(xiàn)性壓縮點(diǎn)附近運行，并且在工作期間會(huì )消耗大量功率。通常，放大器的輸出功率會(huì )隨著(zhù)溫度的升高而降低。高質(zhì)量穩定放大器在整個(gè)工作溫度范圍內的功率輸出降低幅度應小于1 dB。其他規格應表現出類(lèi)似的穩定性。

選擇功率放大器時(shí)，無(wú)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(diǎn)。但是，功率放大器已經(jīng)針對不同的應用進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，針對不同放大器列出的規格適用于處理這些特殊應用的設計人員。RF功率放大器就是一個(gè)很好的例子，其中不同頻段的放大器基于不同的半導體工藝。

這些放大器的固有非線(xiàn)性會(huì )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(xiàn)性效應，在輸出中會(huì )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）。

用于處理調頻信號的功率放大器通常根據三階交調點(diǎn)（3OIP）來(lái)指定失真。功率放大器的非線(xiàn)性特性將產(chǎn)生高階諧波和互調產(chǎn)物，這是由于調頻信號中不同頻率之間的非線(xiàn)性混頻而產(chǎn)生的。這些互調產(chǎn)物在放大器的輸出頻譜中顯示為邊帶。由于非線(xiàn)性而導致的這種失真水平也被稱(chēng)為RF社區之外的互調失真（IMD）。

功率放大器中針對調頻信號的示例OIP3外推。

盡管存在許多可能的互調產(chǎn)物，但是奇數階產(chǎn)物最重要，因為它們最接近您正在使用的頻率范圍。三階互調產(chǎn)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，在該值下，三階互調產(chǎn)物的強度將具有與所需信號相同的輸出強度。

在這里為您提供下一個(gè)系統的各種通用和專(zhuān)用放大器組件。如果不確定所需的放大器，請嘗試使用我們的“ 零件選擇器”指南來(lái)確定下一個(gè)產(chǎn)品的選擇。

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