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南充二手房最新出售信息,站长seo工具,营销型网站建设电子书,电子商务的网站建设名词解释你好#xff0c;放大器初识篇 杨建国1. 放大器定义、分类和选择使用一、放大器定义二、放大器的全家谱1. 晶体管放大器2. 运算放大器#xff08;运放#xff09;3. 功能放大器4. 特殊放大器#xff1a;电子管放大器三、选择放大器的原则2. 运算放大器的关键指标详解一、输入…你好放大器初识篇 杨建国1. 放大器定义、分类和选择使用一、放大器定义二、放大器的全家谱1. 晶体管放大器2. 运算放大器运放3. 功能放大器4. 特殊放大器电子管放大器三、选择放大器的原则2. 运算放大器的关键指标详解一、输入失调电压Offset Voltage, VOS二、失调电压漂移Offset Voltage Drift三、输入偏置电流Input Bias Current, IB四、输入失调电流Input Offset Current, IOS五、关于失调和偏置的总结六、噪声指标Noise6.1 初识噪声6.2 噪声模型与计算6.3 频率范围与等效带宽6.4 完整电路噪声计算6.5 实用要点七、输入电压范围Input Voltage Range八、输出电压范围VOH/VOL 或 Swing from rail九、共模抑制比Common-mode Rejection Ratio, CMRR十、开环电压增益Open-loop Gain, AVO十一、压摆率Slew Rate, SR十二、带宽指标十三、建立时间Settling Time十四、相位裕度Phase Margin, φm和增益裕度十五、电源电压抑制比PSRR十六、全谐波失真加噪声THDNoise十七、热阻Thermal Resistance, θJA和温度范围1. 放大器定义、分类和选择使用一、放大器定义核心定义电学中能实现信号、功率放大的器件英文Amplifier称为放大器以放大器为核心、实现放大功能的电路组合称为放大电路。关键区分放大器是单一器件如晶体管、运放芯片放大电路是器件电阻电容等的组合实际应用中两者常被混用无需严格区分。二、放大器的全家谱放大器主要分为三类另有特殊应用的电子管放大器具体分类及核心特征如下1. 晶体管放大器分类双极型晶体管BJT分NPN/PNP型、单极型晶体管场效应管FET分JFET和MOSFET均有N/P沟道。核心特点内部电流形成机制不同双极型含电子和空穴运动单极型仅一种载流子运动。组成电路可构成共射源极、共基栅极、共集电漏极放大电路及多级放大电路。局限性设计复杂需计算静态工作点、微变等效电路等推广受限。2. 运算放大器运放核心定位1960年代为简化使用诞生的“傻瓜型”放大器是差分输入、多级、直接耦合、高增益通常10000倍的集成电路。核心条件满足“开环增益极大”“输入阻抗极高输入端无电流”即可通过负反馈实现任意增益。数学分析核心闭环增益公式(A_{uf} \approx \frac{R_2R_F}{R_2})仅与外部电阻相关与运放开环增益无关。“虚短”特性深度负反馈下反相输入端电位接近同相输入端电位(U_{IN-} \approx U_{IN})是运放应用的关键依据。发展分支全差分运放2入2出输出差分电压开环增益×输入差分电压且输出共模电压等于VOCM端输入电压可用于输出电平移位。3. 功能放大器诞生逻辑将常用的“运放外围电阻”放大电路集成化解决用户自行设计的电阻匹配等问题。常见类型及核心特征仪表放大器高阻差分输入增益可通过外部电阻设定高共模抑制比用于仪器仪表前端与传感器直接连接输入不得悬空、不能承载高电压。差动放大器内置激光校准电阻对用于信号减法、差分转单端、电平移位等核心优势是电阻精密匹配。程控增益放大器PGA/DVGA增益可通过数字信号或处理器程序设定适用于被测信号幅度波动大且不可预知的场景。压控增益放大器VGA增益由外部电压连续控制分dB线性和V/V线性可用于自动增益控制AGC。隔离放大器实现输入与输出的电气隔离如变压器型、光电耦合型仅能放大低频信号如AD202带宽2kHz隔离电压可达2000V。4. 特殊放大器电子管放大器应用场景仅用于高级音响等特殊领域书中不重点展开。三、选择放大器的原则无固定原则需因事、因时制宜。优先参考主流芯片厂商的应用手册、实验室电路和数据手册实例新手高效设计的关键。优先选用高级放大器功能放大器运放晶体管放大器简化设计。不迷信“分立元件”或“高级芯片”根据需求理性选择心态平和。2. 运算放大器的关键指标详解一、输入失调电压Offset Voltage, VOS定义开环使用时使输出直流电压为0的两输入端直流电压或跟随器正输入端接地时输出的非0电压。优劣范围极优秀1µV较好100µV最大可达几十mV。核心理解运放内部输入支路不平衡导致可等效为正端串联一个VOS后接入理想运放。关键影响闭环增益越大输出失调电压AF×VOS越大干扰直流信号测量。对策关注直流精度时选低VOS运放仅需交流信号时用交流耦合通过调零端或外部电路调零。二、失调电压漂移Offset Voltage Drift定义输入失调电压随温度、时间、供电电压变化的比值分三类漂移。优劣范围0.002µV/℃~几十µV/℃。核心类型温度漂移ΔVOS/ΔT指定温度范围内平均值单位µV/℃。时间漂移dVOS/dMO每月变化量单位µV/月。电源漂移电源电压变化1V引起的VOS变化单位µV/V。关键规律初始VOS小则漂移量小温度变化4050℃、时间10100个月漂移量约等于初始VOS。对策选高稳定性运放用自归零技术运放注意高频噪声。三、输入偏置电流Input Bias Current, IB定义输出维持规定电平时两输入端流进电流的平均值。优劣范围60fA~100µAFET输入型极小。核心理解运放输入端非绝对高阻IB(IB1IB2)/2IB1、IB2为正负端电流。关键影响分流微小被测电流导致测量失准在输入接地电阻上产生额外电压。对策选低IB运放优先FET输入型高速低IB运放可选择ADA4817-1/-2带宽1050MHzIB≈2pA。四、输入失调电流Input Offset Current, IOS定义输出维持规定电平时两输入端流进电流的差值。优劣范围20fA~100µA与IB数量级相当。核心理解反映两输入端电流的一致性IOS|IB1-IB2|。关键影响使外部电阻匹配抵消IB影响的措施失效。五、关于失调和偏置的总结核心影响0输入时输出非0来自VOS、IB、IOS影响电流检测精度主要来自IB。0输入输出计算UoGN×(VOS IB2×(R2//RF) - IB1×R1)GN为噪声增益同相放大增益。易受影响的电路直接耦合电路如电子称、高增益交流耦合电路动态范围降低。克服方法选合适运放合理选外部电阻最小化电阻、谨慎匹配调零和控温万不得已的选择。六、噪声指标Noise定义输入端接地时输出端杂乱无章的波形是广谱、幅度有限、无限积分趋零的信号。核心特性时域不确定频域广谱幅度符合近似高斯分布电能力有效值平方可加性有效值不可加。6.1 初识噪声构造逻辑真正噪声由无穷多连续频率的随机正弦波组成短时波动、长期稳定。衡量核心有效值Urms峰峰值Upp6.6×Urms因高斯分布99.9%概率包容在±3.3σ内。6.2 噪声模型与计算噪声类型1/f噪声电能力密度DE_1fC²×(1Hz/f)有效值U_N1fC×√(ln(fb/fa))fa通常为0.1Hz。白噪声电能力密度DE_whK²有效值U_NwhK×√(fb-fa)。总噪声U_NI√(U_N1f²U_Nwh²)平方和开根号。关键参数获取从数据手册K白噪声电压密度读高频段密度曲线或指标表f1kHz时的en。C1/f噪声1Hz处密度曲线涵盖1Hz时用C√(D_U²(1Hz)-K²)不涵盖时用C√(fmin×(D_U²(fmin)-K²)/1Hz)。6.3 频率范围与等效带宽起点fa默认0.1Hz低于此频率的扰动视为环境干扰。终点fb等效带宽受运放带宽、杂散电容、示波器带宽限制。一阶低通滤波器的等效带宽fbπ/2×fhfh为截止频率高阶滤波器fb≈fh。6.4 完整电路噪声计算噪声源运放等效输入电压噪声、电阻热噪声、运放等效输入电流噪声。电阻热噪声D_U_R√(4kTR)常温下U_NR0.1287×√(R×fb)nV。电流噪声计算与电压噪声类似含1/f噪声和白噪声需通过外部电阻转换为电压噪声。总输出噪声各独立噪声源在输出端的贡献平方和开根号。6.5 实用要点多级放大电路按级拆分每级计算等效输入噪声、增益、带宽逐级叠加。降低噪声方法减小带宽、选低噪声密度运放、用小外部电阻、合理分配多级增益、放大器在前滤波在后。七、输入电压范围Input Voltage Range定义保证运放正常工作的最大输入电压范围也称共模输入电压范围。优劣范围一般比电源电压窄1~几V优秀者接近或超出电源电压轨至轨输入RRI。核心理解两输入端电压超范围会导致运放失效不一定烧毁共模输入时两输入端电压接近共模电压。八、输出电压范围VOH/VOL 或 Swing from rail定义给定电源和负载下输出能达到的最大电压范围或与电源轨的差距。优劣范围一般比电源电压窄1~几V优秀者接近电源电压轨至轨输出RRO。核心特性正负至轨电压绝对值可能不同负载越重、频率越高至轨电压越大至轨电压≤20mV为极优秀。九、共模抑制比Common-mode Rejection Ratio, CMRR定义差模电压增益与共模电压增益的比值CMRR20log(Ad/Ac)dB。优劣范围一般≥60dB高级者≥140dB。核心理解仅对差分输入电路有效衡量对共模信号的抑制能力外部电阻一致性影响实际CMRR。关键影响共模信号抑制不足会导致差分信号测量失真。十、开环电压增益Open-loop Gain, AVO定义运放输出电压与两输入端差压的比值用dB表示。优劣范围60dB~160dB越大放大能力越强。核心特性随频率升高而下降从第一个极点开始以-20dB/10倍频衰减。应用场景高精密测量、低失真度测量需关注影响增益误差、失真抑制和输出电阻。十一、压摆率Slew Rate, SR定义闭环放大器输出电压变化的最快速率单位V/μs。优劣范围2mV/μs~9000V/μs。核心关系正弦波过零点变化速率DV2πAmfout需满足SRDV避免波形失真。关键关联与满功率带宽直接相关SR越大满功率带宽越宽。十二、带宽指标核心指标4项单位增益带宽UGBW开环增益下降到1时的频率决定运放最大放大能力的频率上限。增益带宽积GBP/GBW指定频率处开环增益与频率的乘积理想情况下为常数等于UGBW。-3dB带宽闭环增益为低频增益0.707倍时的频率分小信号和大信号。满功率带宽FPBW满幅度输出且无压摆率失真时的最高频率FPBWSR/(2πAmax)。大小关系UGBW≈GBW-3dB带宽与前两者接近FPBW远小于前三者。十三、建立时间Settling Time定义输入阶跃信号后输出进入指定误差范围1%、0.1%的时间。优劣范围几个ns~几个ms。核心组成延迟时间压摆率爬坡时间稳定时间与SR密切相关SR越大建立时间越小。应用场景ADC驱动电路关键指标。十四、相位裕度Phase Margin, φm和增益裕度相位裕度定义开环增益下降到1时开环相移与-180°的差值。增益裕度定义开环相移为-180°时增益dB值的负值或增益值的倒数。核心理解裕度越大放大器越稳定运放仅存在滞后相移低频时接近0°随频率升高至-180°甚至更低。十五、电源电压抑制比PSRR定义衡量运放对电源纹波/噪声的抵抗能力PSRR20log(ΔVS×GN/ΔVout)dB分PSRR正电源和PSRR-负电源。核心特性频率越高PSRR越低单位增益时高频段电源变化多少输出近似变化多少。对策电源端配置旁路电容重点滤除高频噪声。十六、全谐波失真加噪声THDNoise定义THD√(ΣUiRMS²)/U1RMSUi为谐波有效值U1为基波有效值THDNoise√(ΣUiRMS²UNoiseRMS²)/U1RMS。核心理解表征放大器保真度值越小失真越小适用于音频等高精度场景。影响因素输入频率、输出幅度、闭环增益、负载、供电电压。十七、热阻Thermal Resistance, θJA和温度范围热阻定义1W发热源在导热路径两端形成的温度差θJA为结到环境的热阻。核心关系结温TJTAP×θJATA为环境温度P为发热功耗。关键要求TJ不得超过最大容许结温一般150℃否则芯片可能损坏。应用通过θJA估算芯片最大允许功耗选择合适封装热阻越小越利于散热。