PCB设计工程师放大器选择标准

2020-03-24

PCB设计工程师都要了解重要的放大器选择标准清单。每个人都可(kě)能(néng)熟悉经典的741运算放大器，尤其是当您回想起早期的電(diàn)子课程时。但是，当涉及到特殊应用(yòng)时，可(kě)用(yòng)放大器的范围足以使任何设计师都為(wèi)之振奋。一旦了解了不同放大器如何引用(yòng)不同规格，就可(kě)以轻松确定适合您应用(yòng)的好的放大器。

放大器类

所有(yǒu)放大器均分(fēn)為(wèi)不同的类别，这决定了它们在不同应用(yòng)中的有(yǒu)用(yòng)性。以下是5种常见的放大器类别：

A类。这些放大器旨在实现高度線(xiàn)性，并始终处于偏置状态。因此，它们不适合大功率应用(yòng)，因為(wèi)它们将比其他(tā)类别的放大器消耗更多(duō)的功率。

B类。这些放大器被设计為(wèi)A类放大器的更有(yǒu)效替代品。但是，由于它们使用(yòng)的FET需要最少的输入才能(néng)接通晶體(tǐ)管，因此它们不能(néng)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。这称為(wèi)交叉失真。

AB类。这些放大器可(kě)以说是广泛应用(yòng)中最常用(yòng)的放大器。与没有(yǒu)交叉失真的A类放大器相比，它们具有(yǒu)更高的效率。它们还具有(yǒu)可(kě)比的線(xiàn)性范围。

C类。这些放大器更经常用(yòng)于RF应用(yòng)。由于使用(yòng)内部LC振荡電(diàn)路或其他(tā)電(diàn)路来在高频下提供强大的增益，因此可(kě)以将它们设计為(wèi)较宽的带宽。然而，它们具有(yǒu)比上述放大器类更低的線(xiàn)性度。

D类。这些放大器使用(yòng)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為(wèi)更高频率的PWM信号而用(yòng)于電(diàn)机控制应用(yòng)中。

示例D类音频放大器

注意，还有(yǒu)许多(duō)其他(tā)类别的放大器，具有(yǒu)不同的专业水平。无论选择使用(yòng)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(yòng)于模拟信号的放大器时，请注意以下规格：

开环和闭环電(diàn)压增益。开环增益有(yǒu)效地告诉您放大器可(kě)以产生的较大增益。实际上，一旦应用(yòng)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。

線(xiàn)性范围。有(yǒu)几种方法可(kě)以引用(yòng)此值。输入和输出信号之间的关系永遠(yuǎn)不会是完美的線(xiàn)性关系，但在许多(duō)应用(yòng)中它可(kě)能(néng)会变得很(hěn)接近。可(kě)以指定為(wèi)输入信号電(diàn)平范围（通常以dBm為(wèi)单位），也可(kě)以指定為(wèi)具有(yǒu)某些相关失真值的最大输入值。

动态范围。这只是最小(xiǎo)和最大可(kě)能(néng)输出值之间的差异。最小(xiǎo)值受本底噪声限制，而最大值受線(xiàn)性输入范围限制。通常，动态范围為(wèi)DR = SNR + 1。

带宽。对于通用(yòng)放大器，这实际上与上升时间有(yǒu)关，上升时间是電(diàn)路切换所需的时间（10％至90％）。这将限制放大器中有(yǒu)用(yòng)频率的范围（请参阅此列表下方的注释）。

摆率。这是输出的变化率，通常為(wèi)V / us或V / ns。

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(néng)力。

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為(wèi)热量。

输入。放大器可(kě)以是全单端或全差分(fēn)（即差分(fēn)输入和差分(fēn)输出）。

以上所有(yǒu)参数都是输入频率的函数。专用(yòng)放大器将具有(yǒu)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(yòng)中使用(yòng)的放大器还有(yǒu)其他(tā)重要规格。

功率放大器

所有(yǒu)功率放大器（通常為(wèi)B，C或AB类）均设计為(wèi)在其非線(xiàn)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(xiǎo)于1 dB。其他(tā)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(yòng)还是一般应用(yòng)，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(yòng)进行了开发，针对不同放大器列出的规格适用(yòng)于处理(lǐ)这些特殊应用(yòng)的设计人员。RF功率放大器就是一个很(hěn)好的例子，其中不同频段的放大器基于不同的半导體(tǐ)工艺。

这些放大器的固有(yǒu)非線(xiàn)性会在工作期间导致一些意想不到的影响。音频社區(qū)的设计人员可(kě)能(néng)熟悉总谐波失真（THD）或总谐波失真加噪声（THD + N）。谐波失真是一种非線(xiàn)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(yǒu)最低的THD或THD + N電(diàn)平（通常以百分(fēn)比表示）。

用(yòng)于处理(lǐ)调频信号的功率放大器通常根据三阶交调点（3OIP）来指定失真。功率放大器的非線(xiàn)性特性将产生高阶谐波和互调产物(wù)，这是由于调频信号中不同频率之间的非線(xiàn)性混频而产生的。这些互调产物(wù)在放大器的输出频谱中显示為(wèi)边带。由于非線(xiàn)性而导致的这种失真水平也被称為(wèi)RF社區(qū)之外的互调失真（IMD）。

功率放大器中针对调频信号的示例OIP3外推。

尽管存在许多(duō)可(kě)能(néng)的互调产物(wù)，但是奇数阶产物(wù)最重要，因為(wèi)它们最接近您正在使用(yòng)的频率范围。三阶互调产物(wù)最接近所需频率，其次是第五，第七等。3OIP通常被引用(yòng)為(wèi)输入功率值，在该值下，三阶互调产物(wù)的强度将具有(yǒu)与所需信号相同的输出强度。

在这里為(wèi)您提供下一个系统的各种通用(yòng)和专用(yòng)放大器组件。如果不确定所需的放大器，请尝试使用(yòng)我们的“ 零件选择器”指南来确定下一个产品的选择。

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