对数放大器的原理与应用
信号压缩
在现实世界中，一些信号往往具有很宽的动态范围。比如雷达、声纳等无线电系统中，接收机前端信号动态范围可达120dB以上；光纤接收器前端的电流也可从“pA”级到“mA”级。宽动态范围往往给应用设计带来很多问题。一方面，线性放大器无法处理这样宽的动态范围。另一方面，DA变换中，在保证分辨率的情况下，模数转换器的位数会随动态范围的增大而增大。因此，在处理宽动态范围的信号时，常常将其动态范围压缩到一个可以处理的程度。如果一个系统中阻抗是线性的，信号的功率与电压的平方成正比，信号的动态范围既可以用电压表示也可以用功率来表示。
在工程应用中，动态范围的压缩分为“线性压缩”和“非线性压缩”。线性压缩是指放大器的增益与信号的大小无关，输出基本保持恒定。线性压缩的特点使谐波失真小，其本质是一种“压控放大器”（VCA）。非线性压缩方面最好的例子就是对数放大器。它是输入输出信号成对数关系的器件，它对信号动态范围的压缩不需要像AGC 系统那样提取输入信号的电平来控制增益，其增益与信号的大小成反比，在通信、雷达、电子对抗、电子测量中有着广泛的应用。
对数放大器的实质
多年来，人们对对数放大器本质的认识有一些模糊。通常人们把它看作是一种放大器，反而淡化了其非线性的特性，把它们看作特殊
类型的放大器更是不对。尽管这些电路提供一些放大功能，如在RF 和IF放大器中，它对小信号呈现出高增益等等，但它们真正的用途是实现精确的对数变换，严格地说，这些电路应该叫做“对数变换器”。但多年来人们已经习惯了“对数放大器”的叫法。IC厂商也不愿因为改名而使用户对他们的产品性质和用途造成误解。因此，本文也将沿用“对数放大器”这一名称。
对数放大器的分类
在许多文献中，对数放大器的分类也是相当混乱的，根据实现对数函数依据的不同,有的将其分为二极管、三极管对数放大器和级联对数放大器，有的将其分为真对数放大器和似对数放大器等等。但几十年来，随着半导体理论、工艺和模拟集成电路的发展，许多对数放大器实现的方法已经被淘汰，其分类方法也未尽科学。目前根据市场上现有的对数放大器结构和应用领域的不同，可将对数放大器分为三类：基本对数放大器、基带对数放大器和解调对数放大器。
基本对数放大器也称跨导线性（Translinear）对数放大器，它基于双极性三极管（BJT）的对数特性来实现信号的对数变换。这类对数放大器可以响应缓慢变化的输入信号，其特点是具有优良的直流精度和非常宽的动态范围（高达180dB），缺点是交流特性差。
基带对数放大器也称视频对数放大器（虽然很少用于视频显示相关的应用），它克服了基本对数放大器的缺点，能够响应快速变化的
输入。其原理是采用了一种“逐级压缩”的技术，交流特性好，但动态范围较小。
解调对数放大器也称逐级检波对数放大器，它具有分段线性近似性质，形成对数级联后，可以得到很好的对数传递函数，在整个动态范围内对数精度高，同基带对数放大器相似，也采用多个级联线性放大器，动态范围大。
对数放大器原理
针对上述的三种对数放大器，我们分别来讲述其实现信号对数变换的原理。
基本对数放大器
基本对数放大器在IC设计中使用了跨导线性电路，因此也称做跨导线性（Translinear）对数放大器。跨导线性电路是电流模电路的主要组成部分，是许多线性和非线性模拟集成电路的理论基础。跨导线性的概念在1975年由Barrie Gillbert创立，跨导线性对数放大器就是基于双极性（BJT）三极管的对数特性。如图1
图1 三极管的对数特性
若将ic视为激励信号电流，UBE看作响应信号电压，将输入偏流为零的隔离放大器接在集电极C与基极B之间以隔离iB的影响。
可以看出，理想BJT的UBE与其ic是理想的对数关系。等式中，Is是BJT的饱和电流，它与温度密切相关。此外热电压UT也依赖于温度。在集成的跨导线性对数放大器中这种受温度影响的缺点已被一个具有同样温度变化特性的三极管修正，而且可以确保对数斜率的稳定性。
UY叫做对数斜率，固定电流IZ叫做对数截距（有关对数放大器的一些名词将在后面予以说明）。
基带对数放大器与解调对数放大器
对于高频应用，常常选择基带对数放大器或解调对数放大器。尽管这两种放大器在细节上有些不同，但原理是相同的，它不是采用一个放大器的对数特性而是用多个相同的线性放大器级联来分段线
性逼近对数函数。如图2所示，这里只是一个理想的通用模型，其核心为一个限幅放大器，每个放大单元的传递函数如图3所示，对于N 个级联限幅放大器构成的对数放大器，EK为限幅放大器的饱和电压，A为放大倍，当输入信号电压小于临界值EK/AN-1时，限幅放大器的每一级都不会饱和，因此，小于EK/AN-1的输入信号可以得到充分的放大，此时输出信号幅度是输入信号幅度的AN-1倍。当输入电压大于EK/AN-1小于EK时，由于各级限幅的原因，输入信号越大，饱和的级数越多。当输入大于EK时，输出则为NAEK。输入信号幅度在EK/AN-1和EK之间的信号，其总的输出电压与输入电压的幅度可用下式表示：
VIN= EK/AN-M ，VOUT=，其中M为饱和的级数（M≤N）
实际的电路结构是：对于小信号采用增益为A的放大器，而大信号则采用单位增益放大器，称之为A/1放大器，如图4所示，限幅增益放大器和单位增益缓冲器并联，输出送加法器。解调对数放大器与基带对数放大器虽然都采用上述的级联限幅放大器，解调对数放大器不是将输出直接累加，而是先检波然后输出累加，用级联限幅放大器构成的对数放大器有两种输出：对数输出和限幅输出。许多应用中限幅输出并不需要，但有些应用中，两种输出都是必须的。解调对数放大器的对数输出一般包括幅度信息，而相位和频率信息则被丢失。如果采用半波检波器和延时补偿，相位和频率信息也可被保留。
图2 线性放大器级联
图3 限幅放大器
对数放大器的技术指标
这里我们有必要对对数放大器的相关指标做进一步的说明，因为他们与工程实践密切相关。也是在使用对数放大器中必须考虑的问题。
噪声
所有信号处理系统都受到随机噪声的限制，这便对最小信号设置了可被检测或识别的门限。随机噪声和信号输入端的带宽密切相关，
随机噪声常用“噪声频谱密度（SND）”来定义，总的噪声功率与系统的噪声带宽BN（用Hz来表示）成正比。在线性系统中，输出噪声功率N与系统的带宽有关，这里的带宽通常是指3dB带宽，对于理想低通系统而言，3dB带宽就是系统的等效噪声带宽。而在非线性系统中例如对数放大器，情况就不同了，即使输入端很小的噪声都会引起放大器末级的过载现象。因此对数放大器的主要缺点是会降低大信号的信噪比。所以对数放大器的前级一般的噪声频谱密度（NSD）设计的非常低。例如AD8307的前级放大器SND为1.5nV/。
交调失真
两个单一频率的交调失真指标在射频应用中特别重要。它是表征放大器的交调失真（IMD）的质量因数。谐波失真是由幅度传递函数特性中的非线性所致。交调失真由两个或更多不同频率的信号混频而成。当输入信号只含一种频率时，放大器的输出仅产生谐波失真，若输入信号含两中频率，则输出产生谐波失真和交调失真。此时，输出包含了放大器的直流偏移、有用信号、二次谐波、二阶交调失真、三次谐波、三阶交调失真等等。大多数的交调失真可以被滤掉（包括二阶交调失真），但输入信号的两个频率靠的很近时，三阶交调失真将和两个基频相近而不容易被滤掉。通常三阶交调失真与窄带应用有关，而二阶交调失真与宽带应用有关。如果放大器的非线性可以用幂级数展开的话，那么输入信号每增加1dB，二阶交调失真会增加2dB，三阶交调失真会增加3dB。输入信号超过一定值后，放大器开始饱和，
同时IMD分量明显增加，理想输出功率和二阶交调，三阶交调失真功率会会在某一点相交。这些交点在纵轴上的投影既对应的输出功率通常为放大器输出功率提供基准。交点功率越大，使IMD增大的电平就越大。所以给定的信号电平下IMD就越低。（如图4所示）。另一个值得关注的参数是1dB压缩点（1dB compression point）,从这点开始，输出信号已开始受到限制，并相对理想的输入输出曲线衰减1dB。
图4 交调失真
动态范围
系统的动态范围的下端在能够保证测量精度的范围内受噪声的限制，而信号范围的上端受放大器非线性方面的影响。因此，在实际应用中规定系统动态范围的一种方法是确定信号的大小使其总谐波
失真（THD）在某种可接受的程度，比如1%。或规定使系统的输出功率相对理想输出功率下降1dB的信号电平（1dB压缩点）。显然，测定系统动态范围依赖于信号的性质和采用的处理方法，没有单一的标准可用来精确测定所有系统的动态范围。事实上，信号处理系统设计的中心问题是对每一部分进行优化，使其能恢复出最大可能的信息。
对数斜率和截距
斜率（slope）和截距(intercept)是表征对数放大器传递函数的两项技术指标，如图5所示，输入很小的情况下，对数函数可以认为是线性，在对数坐标中输入-输出曲线比较平缓。随着信号的增大对数曲线为一条直线，对数斜率定义为：输出信号（V）/输入信号（dBm）。若将传递函数的线性部分延长与坐标横轴相交，其交点的横坐标值被称为截距，它反映了对数放大器对于小信号的增益，线性部分的斜率则表明了输出信号相对于输入信号的变化。成为对数斜率。它表明随着信号的增大，对数增益的变化。一旦对数放大器的斜率和截距确定后，其信号的输入和输出就可用下面的公式计算UOUT=斜率×（UIN-截距）。由公式可以看出截距的增加会导致输出电压的下降。
对数一致性误差
在消除了参考电流误差和失调分量后，对数放大器输出端呈现的实际电压值与传输特性方程所算出的理想值的差值称为对数一致性
误差。它与器件的动态范围、频率特性和温度密切相关。一个成熟产
品的对数放大器制造出来后其对数一致性误差也就响应的定了下来。因此，定义在一个可接受的误差范围内（比如±3dB），相应的对数放大器的动态范围也就确定。例如，AD8307的对数一致性在100Hz 时为±0.3dB，500Hz为±1dB。
对数放大器的典型应用
宽动态范围放大器
对数放大器的特点是在提供大动态范围同时能突出成本优势。在移动通信系统中，CDMA和GSM都需要调节基站的功率输出，以匹配目标手机和本地基站对通讯距离的要求。近可能的减少基站近处手机过载的可能性。同样，基站也需要调节接收信道的增益，从而加大信噪比，降低误码率。此类大量的对数放大器应用于RSSI（接收信号的强度指示）和发射功率控制场合。在某些无线电接收通道中的中频放大器设计，也可采用对数放大器。例如单片AD8307可完成信号接收解调功能，前端进行适当的频率比配后动态范围可达92dBm。若前端配合低噪声X-AMP(r)技术的放大器，动态范围更可高达120dB ｍ，无须外部温度补偿，元件少，电路非常简洁。值得注意的是由于对数放大器的实质时完成输入输出信号的对数变换。并不强调其放大器的放大器能力，因此对数放大器的检波输出电压一般不能满足后续处理电路的门限电压要求，通常采用高带宽增益积的运放对经过对数变换后的信号做进一步的放大。对于标称的10%—90%电压上升时间是否可调的问题，应当说如果输出不带缓冲，则上升时间可通过外部
电路来调节。若输出信号已经是经过缓冲以后的信号，则10%—90%电压上升时间是不可调的。如图5所示
图5 不带缓冲输出的对数放大器输出端
另外对数放大器输入输出呈对数关系，对于大信号而言无须类似AGC的外部控制电路，使得对数放大器在光光纤通信方面有着可喜的前景。例如光通信系统应用中的功率监控，包括激光控制电路、光开关、衰减器、放大器等场合，传统解决方案要求采用成本较高的带切换增益互阻放大器前端的数字信号处理电路。如采用双对数变换器ADL5310则大大简化了掺铒光纤放大器(EDFA)、可变光衰减器(VOA)和光分插复用器(OADM)的控制环路的设计，ADL5310包含两个独立的信号通道以便与光电二极管相连，允许为每个通道独立配置传递函数常数(斜率和截距)。其对数变换能力允许对差分信号进行测量以便计算增益或吸收率。
数据压缩
对数放大器输入输出呈对数关系，输入信号的动态范围可以很大，这个特点非常适用数据压缩。假设输入信号范围从1V-10V，要求在1V时的分辨率为1%，为保证精度则在10V时分辨率就是0.1%。为保证分辨率，要求使用10位数模转器。如果分辨率不变，而输入范围为10Mv-10V，至少需要16位模数转换器。现在用对数放大器，其输入动态范围为3个数量级，信号的分辨率保持1%，则模数转换器用12位足矣。因此在数据压缩方面对数放大器有着很重要的作用，经常在数据采集的前端要经过对数放大器，然后将信号送入采集卡的模拟输入端，经电平转换后送入ADC进行转化。
对数放大器应用的常见问题
带宽
在对数放大器中，系统的带宽不能用恒定输入信号而输出下降
3dB的频率间隔来决定系统的带宽。因为信号经过对数放大器后，其幅度会被压缩，这样测定的值往往大大超出前端匹配网络的带宽，不能真正反映对数放大器的频率特性。所以，应当采用恒定输出，将输入下降3Db时的频率间隔作为对数放大器带宽的方法就不会出现上述的情况。
噪声干扰
有些对数放大器的输入带宽非常宽，可高达2.5GHz。宽的频率范围必然导致一些无用信号的进入放大器，随机噪声功率也与随输入
带宽成正比。在复杂的电磁环境下，这种现象更常见。假设你正在使用一个宽动态范围的对数放大器，而附近的一个移动电话可能会带来-60dBm的噪声，这就会把你的动态范围削低20dB。一种解决办法是把对数放大器的两个差动输入端接地。因为对数放大器通常都是交流耦合输入，所以可以在输入端与地之间接耦合电容。另一种有效的办法是使用滤波电路，也可以在输入端利用一个匹配网络间接来实现滤波。窄带匹配网络具有某种滤波特性并能对带测信号提供一定程度的增益。此外高频应用中，电路的屏蔽和接地非常重要。敏感电路可以置于屏蔽盒内。
波形对截距的影响
对于交流耦合信号，不同波形的信号将影响某些解调对数放大器的截距，使其有效值上移或下移（如图7），但不影响对数放大器的斜率。这是由于解调对数放大器在解调后低通滤波器的信号检波与平均特性引起的后果。而在基带对数放大器中不存在依赖于波形的截距问题。AD8307用未调制的正弦波及与正弦波具有相同功率有效值的CMDA信号（9个通道全部打开）分别驱动时的传递函数图象。可以看出，在器件的整个动态范围之内，它们的输出电压相差3.55dB （88.7mV），具有正弦输入特性的对数放大器测量各种波形信号幅度有效值时需加的校正因子，例如测量方波的有效值时，就应该从对数放大器输出电压值中减去表中dB值等价的mV值（在AD8307中方波是-3.01dB对应75.25mV）。
图6 波形对截距的影响
表1 解调对数放大器对各种输入波形的校正因子信号类型
校正因子（加到输出中）
正弦波& nbsp; 0Db
方波或直流信号-3.01Db
三角波+0.9Db
GSM信道（所有时隙均打开）+0.55Db
CDMA正向信道（9个信道均打开）+3.55Db
CDMA反向信道（9个信道均打开）+0.5 Db
PDC信道（所有时隙均打开）+0.58 Db
高斯噪声+2.51Db
波形畸变
对数放大器在低电平输入情况下，即使输入信号的微小变化也会对输出电压产生明显的影响，这正是对数放大器的特点。在某些情况下（有电容存在等等），脉冲没有立即关断而却降至某个低电平，然后按指数规律衰减到0V，这种输入型号mV级的变化很可能我们用肉眼是看不到的。按指数衰减的信号的对数响应是一条直线。如果输入信号是连串的脉冲，输出的后沿很容易和下一个脉冲的前沿重叠，因此，一个适当的差放视频处理电路可产生与输入脉冲等宽度的输出，从而解决脉冲重叠现象，如果应用中脉冲的占空比很大，而有用信息集中在脉冲前沿，则差放视频处理电路可以省略。如图7所示
图7 输出波形畸变
对数放大器的选型
我们知道基本对数放大器具有优良的直流精度和非常宽的动态范围，适用于光纤等直流或低频信号的功率测量。这样的模拟集成电路有AD8304、AD8305。基带对数放大器交流特性好，能响应瞬时变化的输入信号，但动态范围较小，适用于高速数据I/O和蜂窝基站等场合的应用。相应的器件有AD8364。解调对数放大器动态范围大，频率响应宽。适用于系统的脉冲信号的中频放大、频谱分析、天线功率测量、功率指示等等。此类器件有AD640、641、8307、8309、8310。
运算放大器的工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
运算放大器的工作原理 放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同， 运算放大器原理 运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。最基本的运算放大器如图1-1。一个运算放大器模组一般包括 一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。 图1-1 通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回
音频功率放大器设计 一、设计任务 设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度≤5mV，负载电阻等于8Ω的 条件下，音频功率放大器满足如下要求： 1、最大输出不失真功率P OM≥8W。 2、功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。 3、在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。 4、输入阻抗R i≥100kΩ。 5、具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高 音10kHz处有±12dB的调节范围。 二、设计方案分析 根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由图所示框图实现。 下面主要介绍各部 分电路的特点及要求。 图1 音频功率放大器组成框图 1、前置放大器 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输
出驱动扬声器。声音源 的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低
2、4 放大电路的组成及工作原理 参考教材:《模拟电子技术基础》孙小子张企民主编西安:西安电子科技大学出版社 一、教学目标及要求 1、通过本次课的教学,使学生了解晶体管组成的基本放大电路的三种类型,掌 握放大电路的组成元器件及各元器件的作用,理解放大电路的工作原理。 2、通过本节课的学习,培养学生定性分析学习意识,使学生掌握理论结合生活 实际的分析能力。 二、教学重点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 三、教学难点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 四、教学方法及学时 1、讲授法 2、1个学时 五、教学过程 （一）导入新课 同学们,上节课我们已经学习了晶体管内部载流子运动的特性以及由此引起的晶体管的一些外部特性,比如说晶体管的输入输出特性等,在这里,我要强调一下,我们需要把更多的注意力放在关注晶体管的外部特性上,而没有必要细究内部载流子的特点。由晶体管的输出特性,我们知道,当晶体管的外部工作条件不同时,晶体管可以工作在三个不同的区间。分别为:放大区、截止区、饱与区,其中放大区就是我们日常生活中较为常用的一种工作区间。大家就是否还记得,晶体管工作在放大区时所需要的外部条件就是什么不(发射结正偏,集电结反偏)？这节课,我们将要进入一个晶体管工作在放大区时,在实际生活中应用的新内容学习。 2、4放大器的组成及工作原理 一、放大的概念 放大: 利用一定的外部工具,使原物体的形状或大小等一系列属性按一定的比例扩大的过程。日常生活中,利用扩音机放大声音,就是电子学中最常见的放大。其原理框图为: 声音声音 扩音器原理框图 由此例子,我们知道,放大器大致可以分为:输入信号、放大电路、直流电源、输出信号等四部分,它主要用于放大小信号,其输出电压或电流在幅度上得到了放大,输出信号的能量得到了加强。对放大电路的基本要求:一就是信号不失真,二就是要放大。 二、基本放大电路的组成
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所斩获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。 (原文件名:1.jpg)
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运算放大器的工作原理 放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，运算放大器原理 运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等
Op Amp Circuit Collection AN-31
Practical Differentiator f c e 1 2q R2C1 f h e 1 2q R1C1 e 1 2q R2C2 f c m f h m f unity gain TL H 7057–9 Integrator V OUT e b 1 R1C1 t2 t1 V IN dt f c e 1 2q R1C1 R1e R2 For minimum offset error due to input bias current TL H 7057–10 Fast Integrator TL H 7057–11Current to Voltage Converter V OUT e l IN R1 For minimum error due to bias current R2e R1 TL H 7057–12 Circuit for Operating the LM101 without a Negative Supply TL H 7057–13Circuit for Generating the Second Positive Voltage TL H 7057–14
Neutralizing Input Capacitance to Optimize Response Time C N s R1 R2 C S TL H 7057–15 Integrator with Bias Current Compensation Adjust for zero integrator drift Current drift typically0 1 n A C over b55 C to125 C temperature range TL H 7057–16 Voltage Comparator for Driving DTL or TTL Integrated Circuits TL H 7057–17 Threshold Detector for Photodiodes TL H 7057–18 Double-Ended Limit Detector V OUT e4 6V for V LT s V IN s V UT V OUT e0V for V IN k V LT or V IN l V UT TL H 7057–19 Multiple Aperture Window Discriminator TL H 7057–20
音频放大器原理图 音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大 器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。 音频放大器简介 进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋 势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人 具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所 有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持 最低的失真情况下得到最高的效率。 高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需 要。因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。 音频放大器背景 音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号，信号音量和 功率级都要理想一一如实、有效且失真低。音频范围为约20Hz?20kHz，因此放大 器在此范围内必须有良好的频率响应（驱动频带受限的扬声器时要小一些，如低音喇 叭或高音喇叭）。根据应用的不同，功率大小差异很大，从耳机的毫瓦级到TV或PC 音频的数瓦，再到迷你”家庭立体声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和商 用音响系统的数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求。 音频放大器的一种简单模拟实现方案是采用线性模式的晶体管，得到与输入电压 成比例的输出电压。正向电压增益通常很高（至少40dB）。如果反馈环包含正向增益， 则整个环增益也很高。因为高环路增益能改善性能，即能抑制由正向路径的非线性引起的失真，而且通过提高电源抑制能力（PSR）来降低电源噪声，所以经常采用反馈。 音频放大器类别 长期以来，高品质音频放大器的工作类别，只限于A类（甲类）和AB类（甲乙类）。
运算放大s得工作原理 放大器得作用：仁能把输入讯号得电压或功率放人得装置，由电了管或晶体管■电源变压器与其她电器元件组成。用在通讯、广播.需达、电视、自动控制等各种装置中。原理：高频功率放人器用于发射机得末级，作用就是将高频已调波信号进行功率放大,以满足发送功率得炎求，然后经过天线将其辐射到空间,保证在?定区域内得接收机可以接收到满意得信号 电平，并且不干扰相邻信道得通信。高频功率放大器就是通信系统中发送装置得重要组件。 按其工作频带得宽窄划分为窄带简频功率放人器与宽带高频功率放人器两种，窄带周频功率放人器通常以具有选频滤波作用得选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放人器或谐振功率放人器：宽带简频功率放人器得输出电路则就是传输线变圧器或其她宽带匹配电路，W此又称为非调谐功率放大器?高频功率放人能就是?种能量转换器件，它将电源供给得直流能量转换成为高频交流输出在“低频电r 线路噪程中己知倣人器可以按照电流导通角得不同, 运算放人器原理 运算放人器（Op e r atio n a 1 AmpI i Pier-简称OP、OPA、OPAMP）就是?种直 流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出（D 1 ffere ntial—in, sing 1 e—ended o utput）得高增益（gain）电压放人器阴为刚开始主耍用于加法，乘法等运算电路中? W而得名??个理想得运算放大器必须具备下列特性：无限人得输入阻抗.等于零得输出阻抗、无限人得开回路 增益、无限大得共模計#斥比得部分.无限人得频宽。最基本得运算放人器如图1-1- 一个运算放人器模组?般包括?个正输入端（OP_P〉、?个负输入端（OP_N〉与?个输出端（0 P_0）。 图1?1 通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node ）连接,形成一负反馈（negative feedback）组态。原因就是运算放人器得电压増益非常大，范 圉从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路得稳定运作。但就是这并不代衣运算放人器不能连接成正回馈（positive f e edbac k ）,相反地，在很多需要产生震荡讯号得系统中，正回馈组态得运算放大器就是很常见得组成元件。 开环回路
音频功率放大器的设计 内容提要： 本文介绍了音频功率放大器构成、功能、及工作原理等。关键词：LM1875 功率芯片音频功率放大器 Audio power amplifier Abstract: Keywords: LM1875 power chip Audio amplifier
目录 一、音频功率放大器简介 (1) （一）早期的晶体管功放 (1) （二）晶体管功放的发展和互调失真 (1) （三）功放输入级——差动与共射-共基 (3) （四）放大器的电源与甲类放大器 (4) （五）其他类型的放大器 (5) 二、放大器常见名词 (6) （一）灵敏度 (6) （二）阻尼系数 (6) （三）反馈 (6) （四）动态范围 (6) （五）响应 (6) （六）信噪比(S/N) (7) （七）屏蔽 (7) （八）阻抗匹配 (7) 三、音频放大器的设计 (7) （一）设计要求： (7) （二）设计过程 (7) 四、LM1875的简介 (16) （一）LM1875的参数简介 (16) （二）LM1875的工作原理： (16) （三）LM1875的电路特点 (17) 五、电路设计 (17) （一）典型应用电路 (17) （三）双电源音频功率放大器PCB图 (19) 六、电路制作与调试 (20) （一）利用PCB制作电路板 (20) （二）装配与调试： (20) 七、电路图的绘制与制板中应注意的问题 (21) （一）Sch原理图应注意常见问题 (21) （二）PCB设计中应注意的问题 (22) （三）焊盘应注意的常见问题 (23) 八、总结 (23) 参考文献 (25)
音频功率放大器的设计 一、音频功率放大器简介 在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。 音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。（一）早期的晶体管功放 半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管，人们就开始用它制造功率放大器。 早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率fh的典型值为4kHz，大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。这样，放大器的频率响应也就很狭窄，其3dB截止频率通常在10kHz左右，大大影响了音乐中高频信号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约，制作较大功率的 OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子，所以不得不采用变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难，谐波失真得不到充分的抑制，因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。“还是胆机规声”，这种看法的确事出有因。 （二）晶体管功放的发展和互调失真 随着半导体工艺的逐渐成熟，大电流、高耐压的晶体管品种日益增加，越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的 OCL电路或 OTL电路(图一)。最初的大功率 PNP 管是锗管，而 NPN管是硅管，两者的特性差别非常显著，电路的对称性很差，人们更多采用的是图二所示的准互补电路，通过小功率硅管 Q1与一只大功率的 NPN硅管 Q2复合，得到一只极性与PNP管类似的大功率管，降低了电路因对称性差而招至的失真。 到了六十年代末，大功率的 PNP硅管商品化的时候，互补对称电路才得到 广泛的应用。元器件的进步使晶体管功率放大器的技术指标产生了质的飞跃，在主观音质评价方面，也改变了过去人们对晶体管功放的看法，无论是在厅堂扩音、电台节目制作还是家庭重放，晶体管功放都被大量地采用，首次在数量上以压倒性的优势超过了电子管功放。在商品化的晶体管扩音机中，相继出现了一些摧琛夺目的名机，如 JBL的SA600，Marantz互补对称电路MOdel15等等。
第二章高保真电路的组成及基本原理 2.1电路整体方案的确定 音频功率放大器的基本功能是把前级送来的声频信号不失真地加以放大，输出足够的功率去驱动负载（扬声器）发出优美的声音。放大器一般包括前置放大和功率放大两部分，前者以放大信号振幅为目的，因而又称电压放大器；后者的任务是放大信号功率，使其足以推动扬声器系统。 功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效地为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率，将放大电路做成推挽式电路，功放管的工作状态设置为甲乙类，以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器OCL（无输出电容）、单电源互补推挽功率放大器OTL（无输出变压器）、平衡（桥式）无变压器功率放大器BTL等。由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护问题和散热问题也必须要重视。 OCL电路由于性能比较好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。本课题输出级选用OCL功率放大器，偏置电路选用甲乙类功放电路。为了使电路简单，信号失真小，本电路选用反馈型音调控制电路。为了不影响音调控制电路，要求前置输入阻抗比较高，输出阻抗低，本级电路选用场效应管共源放大器和源级跟随器组成。 高保真音频放大器组成框图 2.2 OCL功率放大器的原理 OCL功率放大器电路通常可分成：功率输出级、推动级和输入级三部分。根据给定技术指标，选择下图所示电路 功率输出级是由四个三极管组成的复合管准互补对称电路，可以得到较大的输出功率。再用一些电阻来减小复合管的穿透电流，增加电路的稳定性。前置电路用NPN型三极管组成恒压电路，保证功率输出管有合适的初始电流，以克服交越失真。 推动级采用普通共射放大电路。 输入级部分由三极管组成差动放大电路，减小电路直流漂移。 2.3音调控制电路的原理 常用的音调控制电路有三种：一种是衰减式RC音调控制电路，其调节范围
基本放大电路的概念及工作原理里 基本放大电路一般是指有一个三级管和场效应管组成的放大电路。放大电路的功能是利用晶体管的控制作用，把输入的微弱电信号不失真的放到所需的数值，实现将直流电源的能量部分的转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。放大电路的实质，是用较小的能量去控制较大能量转换的一种能量装换装置。 利用晶体管的以小控大作用 ，电子技术中以晶体管为核心元件可组成各种形式的放大电路。其中基本放大电路共有三种组态：共发射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路，如图1所示。 (a)共发射极放大电路 (b)共集电极放大电路
(c)共基极放大电路 图1基本放大电路的三种组态 无论基本放大电路为何种组态，构成电路的主要目的是相同的：让输入的微弱小信号通过放大电路后，输出时其信号幅度显著增强。 1、放大电路的组成原则 需要理解的是，输入的微弱小信号通过放大电路，输出时幅度得到较大增强，并非来自于晶体管的电流放大作用，其能量的提供来自于放大电路中的直流电源。。晶体管再放大电路中只是实现的对能量的控制，是指转换信号能量，并传递给负载。因此放大电路组成的原则首先是必须有直流电源，而且电源的设置应保证晶体管工作在线性放大电路状态。其次，放大电路中各元件的参数和安排上，要保证被传输信号能够从放大电路的输入端尽量不衰减地输出，在信号传输的过程中能够不失真的放大，最后经放大电路输出端输出，并且满足放大电路的性能指标要求。 综上所述，放大电路必须具备以下条件。 ○1保证放大电路的核心元件晶体管工作在放大电路状态，及要求其发射极正偏，集电结反偏。 ○2输入回路的设置应当是输入信号耦合到晶体管的输入电极，并形成变化的基极电流i B ，进而产生晶体管的电流控制关系，变成集电极电流i C 的变化。
运算放大器工作原理、分类及特点介绍 1．模拟运放的分类及特点 模拟运算放大器从诞生至今，已有40多年的历史了。最早的工艺是采用硅NPN工艺，后来改进为硅NPN-PNP工艺（后面称为标准硅工艺）。在结型场效应管技术成熟后，又进一步的加入了结型场效应管工艺。当MOS管技术成熟后，特别是CMOS技术成熟后，模拟运算放大器有了质的飞跃，一方面解决了低功耗的问题，另一方面通过混合模拟与数字电路技术，解决了直流小信号直接处理的难题。 经过多年的发展，模拟运算放大器技术已经很成熟，性能曰臻完善，品种极多。这使得初学者选用时不知如何是好。为了便于初学者选用，本文对集成模拟运算放大器采用工艺分类法和功能/性能分类分类法等两种分类方法，便于读者理解，可能与通常的分类方法有所不同。 1．1．根据制造工艺分类 根据制造工艺，目前在使用中的集成模拟运算放大器可以分为标准硅工艺运算放大器、在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器、在标准硅工艺中加入了MOS工艺的运算放大器。按照工艺分类，是为了便于初学者了解加工工艺对集成模拟运算放大器性能的影响，快速掌握运放的特点。 标准硅工艺的集成模拟运算放大器的特点是开环输入阻抗低，输入噪声低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗较高。这是由于标准硅工艺的集成模拟运算放大器内部全部采用NPN-PNP管，它们是电流型器件，输入阻抗低，输入噪声低、增益低、功耗高的特点，即使输入级采用多种技术改进，在兼顾起啊挺能的前提下仍然无法摆脱输入阻抗低的问题，典型开环输入阻抗在1M欧姆数量级。为了顾及频率特性，中间增益级不能过多，使得总增益偏小，一般在80~110dB之间。标准硅工艺可以结合激光修正技术，使集成模拟运算放大器的精度大大提高，温度漂移指标目前可以达到0.15ppm。通过变更标准硅工艺，可以设计出通用运放和高速运放。典型代表是LM324。 在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器主要是将标准硅工艺的集成模拟运算放大器的输入级改进为结型场效应管，大大提高运放的开环输入阻抗，顺带提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。典型开环输入阻抗在1000M欧姆数量级。典型代表是TL084。 在标准硅工艺中加入了MOS场效应管工艺的运算放大器分为三类，一类是是将标准硅工艺的集成模拟运算放大器的输入级改进为MOS场效应管，比结型场效应管大大提高运放的开环输入阻抗，顺带提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。典型开环输入阻抗在10^12欧姆数量级。典型代表是CA3140。 第二类是采用全MOS场效应管工艺的模拟运算放大器，它大大降低了功耗，但是电源电压降低，功耗大大降低，它的典型开环输入阻抗在10^12欧姆数量级。 第三类是采用全MOS场效应管工艺的模拟数字混合运算放大器，采用所谓斩波稳零技术，主要用于改善直流信号的处理精度，输入失调电压可以达到0.01uV，温度漂移指标目前可以达到0.02ppm。在处理直流信号方面接近理想运放特性。它的典型开环输入阻抗在10^12欧姆数量级。典型产品是ICL7650。1．2．按照功能/性能分类 按照功能/性能分类，模拟运算放大器一般可分为通用运放、低功耗运放、精密运放、高输入阻抗运放、高速运放、宽带运放、高压运放，另外还有一些特殊运放，例如程控运放、电流运放、电压跟随器等等。实际上由于为了满足应用需要，运放种类极多。本文以上述简单分类法为准。 需要说明的是，随着技术的进步，上述分类的门槛一直在变化。例如以前的LM108最初是归入精密
运算放大器基本原理及应用 一． 原理 (一） 运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示 图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U -对应的端子为“-”，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。U +对应的端子为“＋”，当输入U +单独由该端加入时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。 输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益A ud =∞；输入阻抗r i =∞；输出阻抗r o =0；带宽f BW =∞；失调与漂移均为零等理想化参数。 2.理想运放在线性应用时的两个重要特性 输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U O ＝A ud （U +－U －）,由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。
由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 3. 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R ’＝R 1 // R F 。 输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系，方向相反，改变比例系数，即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。 (b) 同向比例电路 同向比例电路如图4所示，跟反向比例电路本质上差不多，除了同向接地的一段是反向输入端: i 1 f O U R R U - =
通用四运放的原理与应用（LM324为例） 本文就高性能集成四运放LM324的参数，进行实用电路设计，论述电路原理。 LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器, 除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。两个信号输入端中,Vi-（-）为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+（+）为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2 由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中。下面介绍其应用实例。 LM324作反相交流放大器 电路见附图。此放大器可代替晶体管进行交流放大,可用于扩音机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电, 由R1、R2组成1/2V+偏置,C1是消振电容。 放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值, Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等,然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co和Ci为耦合电容。 LM324作同相交流放大器
见附图。同相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的R1、R2组成1/2V+分压电路,通过R3对运放进行偏置。电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4,电路输入电阻为R3。R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆。 LM324作交流信号三分配放大器 此电路可将输入交流信号分成三路输出,三路信号可分别用作指示、控制、分析等用途。而对信号源的影响极小。因运放Ai输入电阻高,运放A1-A4均把输出端直接接到负输入端,信号输入至正输入端,相当于同相放大状态时Rf=0的情况,故各放大器电压放大倍数均为1,与分立元件组成的射极跟随器作用相同。 R1、R2组成1/2V+偏置，静态时A1输出端电压为1/2V+，故运放A2-A4输出端亦为1/2V+，通过输入输出电容的隔直作用，取出交流信号，形成三路分配输出。 LM324作有源带通滤波器 许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器,以选出各个不同频段的信号,在显示上利用发光二极管点亮的 多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中心频率,在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1,品质因数,3dB带宽B=1/（п*R3*C）也可根据设计确定的Q、fo、Ao值,去求出带通滤波器的各元件参数值。R1=Q/（2пfoAoC）,R2=Q/（（2Q2-Ao）*2пfoC）,R3=2Q/（2пfoC）。上式中,当fo=1KHz时,C取0.01Uf。此电路亦可用于一般的选频放大。
模拟电子电路实验课程设计 ——音频功率放大器的设计与实现 一、设计任务 设计并制作一个音频功率放大电路（电路形式不限），负载为扬声器，阻抗8 。要求直流稳压电源供电，多级电压、功率放大，所设计的电路满足以下基本指标： （1）频带宽度50Hz～20kHz，输出波形基本不失真； （2）电路输出功率大于8W； （3）输入阻抗：≥10kΩ； （4）放大倍数：≥40dB； （5）具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz 处有±12dB的调节范围； （6）所设计的电路具有一定的抗干扰能力； （7）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。 发挥部分： （1）增加电路输出短路保护功能； （2）尽量提高放大器效率； （3）尽量降低放大器电源电压； （4）采用交流220V，50Hz电源供电。 二、设计要求 正确理解有关要求，完成系统设计，具体要求如下： （1）画出电路原理图； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出； （5）PCB文件生成与打印输出； （6）PCB版图制作与焊接； （7）电路调试及参数测量。 根据以上设计要求编写设计报告，写出设计的全过程，附上有关资料和图纸。设计报告格式请参见附录一。 三、实验原理 音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备，它主要应用于
对弱音频信号的放大以及音频信号的传输增强和处理。按其构成可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分，如图1所示。 v 图1 音频功率放大器的组成框图 1．前置放大级 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD 唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下，采用低噪声场效应管组成放大器是合理的选择。如果采用集成运算放大器构成前置放大器，一定要选择低噪声、低漂移的集成运算放大器。对于前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。 常用的前置放大器按结构划分有五种类型： （1）单管前置放大器 （2）双管阻容耦合前置放大器
运算放大器应用电路的设计与制作 运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示 图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U -对应的端子为“-”，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。U +对应的端子为“＋”，当输入U +单独由该端加入时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。 输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益A ud =∞；输入阻抗r i =∞；输出阻抗r o =0；带宽f BW =∞；失调与漂移均为零等理想化参数。 理想运放在线性应用时的两个重要特性 输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U O ＝A ud （U +－U －）,由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。 由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R ’＝R 1 // R F 。 输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系，方向相反，改变比例系数，即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。 (b) 同向比例电路 同向比例电路如图4所示，跟反向比例电路本质上差不多，除了同向接地的一段是反向输入端: 图4 同相比例电路电路图 i 1 f O U R R U -=
对数放大器的原理与应用 信号压缩 在现实世界中，一些信号往往具有很宽的动态范围。比如雷达、声 纳等无线电系统中，接收机前端信号动态范围可达 120dB 以上；光纤 接收器前端的电流也可从“pA”级到“mA”级。宽动态范围往往给 应用设计带来很多问题。一方面，线性放大器无法处理这样宽的动态 范围。另一方面， DA 变换中，在保证分辨率的情况下，模数转换器的 位数会随动态范围的增大而增大。因此，在处理宽动态范围的信号时，常常将其动态范围压缩到一个可以处理的程度。如果一个系统中阻抗 是线性的，信号的功率与电压的平方成正比，信号的动态范围既可 以用电压表示也可以用功率来表示。 在工程应用中，动态范围的压缩分为“线性压缩”和“非线性压缩”。线性压缩是指放大器的增益与信号的大小无关，输出基本保持 恒定。线性压缩的特点使谐波失真小，其本质是一种“压控放大器” （V CA ）。非线性压缩方面最好的例子就是对数放大器。它是输入输出信号成对数关系的器件，它对信号动态范围的压缩不需要像 AGC 系统那样提取输入信号的电平来控制增益，其增益与信号的大小成反比，在通信、雷达、电子对抗、电子测量中有着广泛的应用。 对数放大器的实质 多年来，人们对对数放大器本质的认识有一些模糊。通常人们把 它看作是一种放大器，反而淡化了其非线性的特性，把它们看作特殊
类型的放大器更是不对。尽管这些电路提供一些放大功能，如在RF 和IF 放大器中，它对小信号呈现出高增益等等，但它们真正的用途 是实现精确的对数变换，严格地说，这些电路应该叫做“对数变换器”。但多年来人们已经习惯了“对数放大器”的叫法。IC 厂商也不愿因为改名而使用户对他们的产品性质和用途造成误解。因此，本文也将沿用“对数放大器”这一名称。 对数放大器的分类 在许多文献中，对数放大器的分类也是相当混乱的，根据实现对数函数依据的不同 ,有的将其分为二极管、三极管对数放大器和级联对数放大器，有的将其分为真对数放大器和似对数放大器等等。但几十年来，随着半导体理论、工艺和模拟集成电路的发展，许多对数放大器实现的方法已经被淘汰，其分类方法也未尽科学。目前根据市场上现有的对数放大器结构和应用领域的不同，可将对数放大器分为三类：基本对数放大器、基带对数放大器和解调对数放大器。 基本对数放大器也称跨导线性（ Translinear）对数放大器，它基于双极性三极管（ BJT）的对数特性来实现信号的对数变换。这类对数放大器可以响应缓慢变化的输入信号，其特点是具有优良的直流精度和非常宽的动态范围（高达 180dB），缺点是交流特性差。 基带对数放大器也称视频对数放大器（虽然很少用于视频显示相关的应用），它克服了基本对数放大器的缺点，能够响应快速变化的