功放使用与选型的若干问题

原创云深之无迹 2023-02-23 23:14

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模拟信号有哪些常见参数？

模拟信号是指连续的信号，其值可以随时间连续变化，通常用连续的函数表示。

幅值（Amplitude）：模拟信号的幅值是指信号的峰值或峰-to-峰值，它表示信号变化的程度或振幅大小。幅值通常用伏特（V）或分贝（dB）表示。

频率（Frequency）：模拟信号的频率是指信号变化的速率，通常用赫兹（Hz）表示。对于周期性的信号，其频率等于每秒钟信号的周期数。

相位（Phase）：模拟信号的相位是指信号的相对时间偏移量，它表示信号在时间轴上的位置关系。相位通常用角度（度）或弧度表示。

波形（Waveform）：模拟信号的波形是指信号的形状或变化规律。不同的波形可以用不同的公式或函数来表示，例如正弦波、方波、三角波等。

峰值因数（Crest Factor）：模拟信号的峰值因数是指信号的峰值与均方根值之比，它反映了信号的峰值性质。对于正弦波，其峰值因数为1.414。

带宽（Bandwidth）：模拟信号的带宽是指信号包含的频率范围，它表示信号的频率分布情况。带宽通常用赫兹（Hz）表示，也可以用相对带宽或百分比表示。

失真（Distortion）：模拟信号的失真是指信号在传输或处理过程中发生的形变或畸变，通常分为谐波失真、交调失真、相位失真等多种类型。

放大器的功能有哪些？

当一个电子信号需要在电路中被处理或传输时，它可能会因信号强度过小而难以被识别或控制，这时就需要放大器来放大信号。放大器的基本结构通常由一个活性器件（如晶体管或电子管）和几个被称为被动器件（如电容、电阻）组成。被动器件为活性器件提供稳定的工作条件，并且通过它们，放大器可以定制其频率响应和其他性能参数。

放大器的工作原理是将输入信号加到放大器电路的输入端，并在输出端获得放大后的信号。放大器的放大倍数通常由电路中使用的元件类型和其数量决定。例如，在放大器电路中添加更多的放大器晶体管或电子管通常可以增加放大倍数。当信号经过放大器时，由于信号电压、电流或功率增加，因此可以更轻松地被检测、控制或转换为其他形式。

放大器还可以用于信号处理和转换。例如，在无线电通信中，放大器可以用于调制信号，使其适合发送。在音频放大器中，放大器可以用于调整音量和音色。在传感器和测量应用中，放大器可以用于增强传感器输出信号，以提高测量精度。

放大器也可以用于信号匹配。当电路中的信号源或负载具有不同的阻抗时，信号可能会因反射和损耗而发生失真或衰减。使用匹配网络或变压器等器件，放大器可以匹配信号源和负载的阻抗，以确保信号传输的一致性和可靠性。

信号放大：放大器的最基本功能是对输入信号进行放大，使其输出电压、电流或功率达到更高的水平。通过放大信号可以增强信号的强度，以便更好地传输和控制。

信号处理：放大器也可以用于对信号进行处理，如滤波、放大、增益控制、交叉混频等，以便更好地提取有用的信号信息，或者抑制不需要的信号。

信号转换：放大器还可以将一个信号转换为另一个信号，如将电压信号转换为电流信号或将电流信号转换为电压信号等。这种转换可以用于适应不同的信号源或负载。

信号匹配：放大器可以用于匹配不同电路之间的信号，以确保信号传输的可靠性和一致性。例如，在音频放大器中，放大器可以用于匹配不同音箱或扬声器的阻抗。

那对于平时最常见的微小信号放大，哪些因素对功放选型？

噪声：对于微小信号，噪声对信号放大精度的影响非常大。因此，需要选择噪声低的放大器。常见的低噪声放大器包括差分放大器和仪器放大器。

带宽：放大器的带宽指的是放大器能够放大的信号频率范围。在微小信号处理中，需要选择带宽足够宽的放大器，以确保能够放大所有需要的信号频率。带宽不足会导致信号失真和降低信噪比。

增益：对于微小信号，需要选择具有足够增益的放大器，以确保信号可以在后续电路中被处理或传输。但是，增益过高也会引入噪声和失真，因此需要根据具体应用场景来平衡增益和噪声。

输入阻抗：放大器的输入阻抗应足够高，以避免对输入信号造成负载效应，从而影响信号放大的精度。

功耗：在微小信号处理中，需要尽可能地减少放大器的功耗，以避免放大器本身引入的噪声。

在使用多个放大器做前后级时，应该如何选型？

前后级放大器的增益要平衡：前后级放大器的增益应该能够在保证信号放大的同时，避免信号过度放大导致失真。通常情况下，后级放大器的增益应该大于前级放大器的增益，但两者之间的增益应该有一个平衡。

前级放大器的噪声要低：前级放大器对系统的整体噪声水平有较大影响。因此，应选择噪声低的前级放大器，以确保后续的放大和信号处理过程中，噪声被最小化。

各级放大器的带宽要匹配：放大器的带宽指的是放大器能够放大的信号频率范围，各级放大器的带宽需要匹配，以确保信号可以在整个系统中被有效放大。如果后级放大器的带宽较窄，可能会导致系统整体的带宽受到限制，从而降低信号质量。

各级放大器的输入输出阻抗要匹配：放大器的输入输出阻抗需要匹配，以避免信号反射和干扰。如果输入输出阻抗不匹配，可能会导致信号失真和信噪比下降。

稳定性和可靠性：选型时还需要考虑放大器的稳定性和可靠性，以确保系统的性能能够长期保持稳定。

多个功放联合使用时，它们之间如何连接呢？

并联连接：将多个功放并联连接起来，可以增加输出功率和驱动能力。这种方案常用于音响、舞台音响、家庭影院等场合，以增加音量和音质。

级联连接：将多个功放级联连接起来，可以实现更高的放大倍数和更高的精度。这种方案常用于信号处理、测量仪器、通信设备等场合，以实现更高的增益和更高的信噪比。

桥接连接：将多个功放桥接连接起来，可以实现更高的输出功率和更高的效率。这种方案常用于大功率放大器、电机驱动、电源逆变器等场合，以实现更高的输出功率和更高的效率。

放大器有哪些，原理和常见的使用场景

电压放大器（Voltage amplifier）原理：电压放大器将输入信号的电压放大到更高的值，通常使用运放（Operational Amplifier）作为放大器的核心部件。使用场景：电压放大器广泛应用于音频放大器、无线电接收机等领域。

功率放大器（Power amplifier）原理：功率放大器将输入信号的功率放大到更高的值，通常使用晶体管或管子作为放大器的核心部件。使用场景：功率放大器广泛应用于音响、电视、通信系统等领域。

差分放大器（Differential amplifier）原理：差分放大器将两个输入信号之间的差异放大到更高的值，通常用于放大微小信号或抑制共模噪声。使用场景：差分放大器广泛应用于测量、传感器接口、仪器等领域。

仪表放大器（Instrumentation amplifier）原理：仪表放大器将输入信号的微小变化放大到更高的值，通常用于精确测量和传感器信号放大。使用场景：仪表放大器广泛应用于测量、传感器接口、仪器等领域。

运算放大器（Operational amplifier）原理：运放是一种高增益、差分输入、单端输出的放大器，通常用于电路的信号处理和控制。使用场景：运放广泛应用于各种电路中，例如反馈电路、滤波器、振荡器、比较器等。

分布放大器（Distributed amplifier）原理：分布放大器将信号分配到多个放大器中进行放大，通常用于高频、宽带信号放大。使用场景：分布放大器广泛应用于雷达、通信系统、微波电路等领域。

差分放大器

差分放大器（Differential Amplifier）是一种电子电路，可以将两个输入信号之间的差异放大到更高的值，通常用于放大微小信号或抑制共模噪声。差分放大器的输入通常是两个相互独立的信号，输出是两个信号之间的差异放大后的结果。

差分放大器使用两个输入引脚和一个输出引脚。输入信号可以分别连接到输入引脚的正极和负极，其中正极通常称为非反相输入（Non-inverting Input），负极通常称为反相输入（Inverting Input）。输出信号可以从输出引脚中获取。

差分放大器的增益可以通过调整两个输入电阻的值来控制，当两个电阻的值相等时，差分放大器的增益为1。当两个电阻的值不相等时，差分放大器的增益可以根据电阻的比例来计算。例如，如果非反相输入端的电阻为R1，反相输入端的电阻为R2，则差分放大器的增益为：G=2*R2/R1。

差分放大器的特点如下：

抑制共模信号：差分放大器可以抑制两个输入信号的共模部分，只放大差异部分，从而提高了信号的抗干扰能力。例如，在音频放大器中，使用差分放大器可以抑制电源噪声和杂音对音频信号的影响。

放大微小信号：差分放大器可以放大微小信号，从而提高了信号的检测灵敏度。例如，在传感器信号放大中，使用差分放大器可以将微小的传感器输出信号放大到可以进行信号处理的级别。

提高精度：差分放大器可以提高信号的精度，因为它可以消除两个输入信号之间的偏移和漂移，从而提高了测量的精度。

什么是共模信号？

共模信号是指在两个信号线（例如信号和地线）上同时存在的相同电压信号，也称为共模干扰。共模信号通常是来自于外部的电磁场干扰、电源波动、接触不良、接地干扰等因素引起的，可能会对电路产生干扰或误差。

共模信号在一些电路中是不需要的，甚至是有害的，因为它们可能干扰信号的传输、引起噪声、误差等问题。例如，在差分放大器中，共模信号会干扰信号的差分放大，降低放大器的信噪比。在通信系统中，共模信号也可能干扰信号的传输和解调，导致数据传输错误或降低通信质量。

为了减小共模信号的影响，可以采取以下措施：

选择合适的电缆和连接器：电缆和连接器的品质、设计和接触情况会影响共模信号的产生和传输，因此需要选择质量好、屏蔽性能好的电缆和连接器。

增加屏蔽：在一些高精度电路中，可以在信号线周围添加屏蔽层，来屏蔽共模信号的干扰。例如，可以在信号线周围包覆金属箔或网状屏蔽层。

使用差分信号传输：在差分信号传输中，两个信号线分别传输正负差分信号，从而抵消共模信号的影响。

增加滤波器：在一些电路中，可以使用滤波器来滤除共模信号。例如，可以使用带通滤波器来滤除特定频率范围内的共模信号。

什么是差模信号？

差模信号是指两个信号线（例如信号和地线）上的电压信号之间的差值，通常用于差分信号传输和差分放大器中。

在差分信号传输中，两个信号线分别传输正负差分信号，即一个信号线传输一个信号，另一个信号线传输该信号的相反数。这样，当接收器对两个信号线的差分信号进行差分放大时，可以抵消掉共模信号的影响，从而获得更好的信号传输质量和抗干扰性能。

在差分放大器中，差模信号是指输入信号的正负两个分量之间的差值。当差分放大器放大差模信号时，可以抑制共模信号的影响，从而提高放大器的增益和信噪比。差分放大器常用于测量和控制系统中，例如传感器信号的放大和差分输入信号的处理等。

轨到轨放大器用在什么场合？

轨到轨放大器（rail-to-rail amplifier）是一种特殊类型的放大器，其输入和输出能够达到电源电压的接近程度，也就是说能够输出接近电源电压的最大值和最小值，从而实现了“轨到轨”的输出能力。这种放大器通常被用于需要放大低幅度信号的场合，同时要求输出电压能够接近电源电压的应用中。

轨到轨放大器的主要应用场合包括：

传感器信号放大：传感器输出的信号通常是微弱的低电平信号，需要使用放大器进行增益放大。使用轨到轨放大器可以有效地放大传感器信号，并且能够输出接近电源电压的最大值和最小值，提高放大器的灵敏度和动态范围。

低电平信号处理：一些应用中需要处理低电平信号，例如生物医学传感器、天文学望远镜、噪声测量等。使用轨到轨放大器可以放大低电平信号，并且能够输出接近电源电压的最大值和最小值，提高信号处理的精度和稳定性。

电源和参考电压：在一些电源和参考电压的应用中，需要输出接近电源电压的最大值和最小值的参考电压信号，例如电源控制、DAC输出等。使用轨到轨放大器可以输出接近电源电压的参考电压信号，提高系统的精度和稳定性。

仪表放大器适合直接使用ADC采集吗？

仪表放大器（instrumentation amplifier）通常被用于测量和控制系统中，它可以放大微弱信号并消除共模噪声，提高测量的精度和准确性。在使用仪表放大器进行信号放大之后，通常需要使用ADC（模数转换器）对放大后的信号进行数字化采集和处理。那么，仪表放大器适合直接使用ADC采集吗？

一般来说，仪表放大器是适合直接使用ADC采集的。这是因为仪表放大器输出的信号已经被放大和滤波处理过，信号质量相对较好，可以直接用于ADC的数字化采集和处理。而且，仪表放大器的输出电阻较小，对ADC输入电阻的影响也较小，这有助于提高采集信号的精度和稳定性。

仪表放大器和轨到轨放大器如何搭配使用？

仪表放大器（instrumentation amplifier）和轨到轨放大器（rail-to-rail amplifier）可以搭配使用，以满足一些特殊的应用需求。

仪表放大器是一种差分放大器，可以消除共模噪声并提高信号的增益和精度。然而，仪表放大器的输出电压通常不能达到电源电压的最大值和最小值，这就限制了其在一些应用场合的使用，例如需要输出信号接近电源电压的参考电压或直接驱动一些电路和负载。

轨到轨放大器则是一种能够输出接近电源电压最大值和最小值的放大器，可以满足一些特殊的应用需求。然而，轨到轨放大器的输入电压范围通常较小，而且对共模噪声的抑制能力相对较弱。

因此，在一些特殊的应用场合中，可以将仪表放大器和轨到轨放大器进行搭配使用。例如，可以使用仪表放大器放大微弱信号并消除共模噪声，然后将其输出信号接入轨到轨放大器进行电压放大和电压范围扩展，从而输出接近电源电压的信号。这样就可以实现既具有高增益和精度又具有广泛电压范围的信号放大和驱动。

放大器使用单电源和双电源供电的差异是什么？

单电源供电的放大器通常只有一个电源电压，一般为正电压。而双电源供电的放大器则有两个电源电压，一个为正电压，一个为负电压。

单电源放大器的输入信号通常是相对于电源电压的偏置电压，而双电源放大器的输入信号则可以是正负任意电压。

单电源放大器的输出信号通常只能取正电压，而双电源放大器的输出信号可以取正负电压。

单电源放大器的输入和输出信号的幅值通常不能超过电源电压的范围，而双电源放大器的输入和输出信号的幅值可以超过电源电压的范围。

单电源放大器的设计相对简单，成本较低，但其输出信号有一定的偏置电压和漂移。双电源放大器的设计相对复杂，成本较高，但其输出信号可以消除偏置电压和漂移。

如果需要处理正负任意电压的信号，并输出正负电压的信号，则需要使用双电源放大器。如果只需要处理相对于电源电压的偏置电压信号，并输出正电压信号，则可以选择单电源放大器。

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