212
图7.1.1 放大器在测量系统中的位置 7 谱仪放大器
7.1 概 述
7.1.1 放大器在核测量系统中的作用
前面阐明了前置放大器的功能是解决和探测器的配合以及对探测器信号进行初步放大和处理。但是前置放大器输出的脉冲幅度和波形并不适合后面分析测量设备（单道分析器、多道分析器等）的要求。所以对信号还需要进一步放大和成形，在放大和成形的过程中必须严格保持探测器输出的有用信息(如射线的能量信息和时间信息)，尽可能减少它们的失真。这样一个放大和成形任就由放大器来完成。本章重点讨论用于核辐射能谱仪中的放大器，通常也称为谱仪放大器，或相对于前置放大器，称之为主放大器。 图7.1.1给出了放大器在测量系统中具体位置。
通常在能谱测量中所用的放大器，主要
看其在能谱测量中对能量分辨率的影响大
小，尽可能降低它的影响，以至可以忽略不
计。现在谱仪放大器的性能也日益完善，发
展了滤波成形技术、基线恢复、堆积拒绝技
术，建立了适用于高计数率高能量分辨率的
谱仪放大器，较好地满足了核辐射能谱测量
的需要。
放大器的输出信号要适应分析测量设备的要求，必须解决两个问题。一个是把小信号放大到需要的幅度。另一个是改造信号形状，通常称为滤波成形， 目的是放大有用的信号，降低噪声，提高信号噪声比，适合于后续电路的测量。当然在这个过程中尽可能不损失有用的信息。
为了说明放大器的任务，这里举一个简单的例子。
图7.1.2（a ）所示的波形为前置放大器的输出信号，其尾部衰减时间常数通常在几十微秒以上，而上升时间通常为几十纳秒左右。这样的堆积信号是很难进行放大的，因为信号很容易使放大器阻塞而失去放大功能，而且后面分析测量设备也无法进行正常的分析及处理。
如果让信号通过一个由电阻R ，电容C 组成的微分电路，其RC 时间常数远小于信号的衰减时间常数，就可以使堆积的信号分开，并从基线开始增长，如图7.1.2（b ）所示的波形。这就是简单的滤波成形电路。无论是进一步放大或滤波成形，都必须保持由探测器输出的信息：幅度信息和时间信息。实际上，在能谱测量中对时间信息往往并无要求，所以在滤波成形时就不必考虑时间信息方面的要求，同样在时间测量中对能量信息无要求时，也不必考虑能量信息的要求。
222
图7.1.2 前置放大器输出信号通过RC 微分电路后的波形
（a ）前置放大器输出波形；（b ）通过RC 微分电路后的波形；（c ）RC 微分电路 7.1.2 谱仪放大器的框图介绍
过去在核物理实验中由于探测器本身的能量分辨率不高，一般的脉冲放大器就可以满足测量上的要求。随着探测器的发展，尤其是各种半导体探测器的出现，使探测器的性能有了很大的提高。往往要求放大器对总的能量分辨率的影响不超过万分之几，因此对放大器引起能量畸变的各种因素都要加以考虑。原有的放大器就不再能适应新的需要了。放大器的研制是放在提高测量能谱的精度和提高计数率的两个方面。在谱仪放大器中，为提高信号噪声比，采用滤波成形电路，往往采用一次微分和三次到四次的积分滤波成形电路。在计数率高的情况下，信号堆积或隔直电容充放电会引起的基线漂移使谱线变宽。分辨率变坏，峰位移动。要解决这些问题又引进了基线恢复器。另外高计数率条件下脉冲堆积的影响将是十分严重的，导致能量分辨率变差，能谱畸变。采用堆积拒绝电路，剔除堆积信号，将使放大器的性能进一步得到改善。
图7.1.3给出了几种常用谱仪放大器的框图。
图 7.1.3 谱仪放大器原理的方框图
232
从这些框图中也可以看出谱仪放大器的性能愈好，结构也就愈复杂。根据实验要求不同，谱仪放大器可以选择不同的形式。
7.1.3 放大器的基本参量及测量方法
一、放大器的放大倍数(增益)及其稳定性
放大器的放大倍数取决于前置放大器输出幅值和后续分析测量设备所要求的信号大小。通常各种探测器的输出信号由前置放大器放大后，其幅度约在毫伏到伏量级．而分析测量设置备要求多在几伏到十伏左右。由此，通用放大器的放大倍数要求几倍至几千倍，而且可以调节。
放大器的放大倍数稳定性是放大器在连续使用的时间内（如八小时）由于环境温度的变化，电源电压变化等因素导致放大器放大倍数的不稳定程度。其结果是使测量到的能谱产生畸变，实验结果误差增大。例如：在目前高分辨率谱仪中放大倍数的变化0.1%也会影
响测量结果，所以通常要求放大倍数的温度系数C ??A
A 在0.01%℃左右。当电源电压变化1%时，放大倍数变化应小于0.05%。
提高放大倍数的稳定性最有效的方法是采用深度负反馈，负反馈愈深，即A 0F 愈大，放大倍数的稳定性也就愈好。0A 为放大器无反馈时的放大倍数，一般在几百至几千倍，F 为反馈系数，一般在零点几的量级。
对于谱仪放大器的放大倍数定义为：用阶跃电压或上升时间足够小，宽度足够宽的矩形脉冲作为输入信号，在一定的成形电路时间常数条件下，输出脉冲幅度和输入脉冲幅度之比。
测量放大倍数的实验装置，如图7.1.4所示。
精密脉冲发生器可以读出输入信号幅度，脉冲高度表可以读出输出信号幅度。 测量时，首先将输入信号幅度从小到大逐步输入到放大器输入端，同时观察放
大器输出信号幅度。当输入信号幅度增大，而输出信号幅度不再增大时，则表示放大器进入了饱和状态，从而可以测量到放大器输出的动态范围。一般调节输入信号幅度，使输出信号幅度在放大器输出动态范围的中间附近，在这样条件下，测量放大器的放大倍数。
放大器的放大倍数稳定性主要取决于环境温度和电网电压变化的影响。所以测量时，只要将被测放大器放在温控装置中，改变温度，待平衡后，测出它的放大倍数。
放大倍数的稳定性T
A A A A A ?'-=?，A 为规定温度和设置电压条件下的放大倍数。 同样只改变被测放大器的电网电压，测出放大器的放大倍数。
放大倍数的稳定性V
A A A A A ?'-=?
242
二、放大器的线性
放大器的线性是指放大器的输入信号幅度和输出信号幅度之间的线性程度。在谱仪中的放大器，对线性要求特别高，应保证在允许的信号幅度范围内，对于不同输入信号幅度，放大倍数应保持不变。但实际上，在所规定的信号幅度范围内还是随着输入信号或者输出信号幅度变化而有一个微小的变化。当这个变化超过允许的数值时，就会给能谱测量带来了不允许的畸变。“线性”在谱仪放大器中是一个很重要的指标。
理想的放大器幅度特性是一条通过原点的直线。实际上放大器总是存在着非线性。通常把非线性分为积分非线性与微分非线性。
积分非线性（INL ）定义：
%100max max 0??=o V V INL （7.1.1）
如图7.1.5（a ）所示，max 0V ?指放大器的实际输出特性与理想输出特性之间的最大偏差，0max V 为最大输出额定信号幅度。
图7.1.5 （a ）积分非线性定义示意图
（b ）微分非线性定义示意图
积分非线性直接影响到能量刻度误差及使峰位发生偏移。
微分非线性（DNL ）定义：
%100//1DNL 00????????
???'?'?-=j j V V V V （7.1.2） 如图7.1.5（b ）所示，
i V V '
?'?0是指实际测量到的放大器输出特性曲线上某处的斜率，也就是放大器放大倍数。 微分非线性给出放大器在不同的输出幅度时放大倍数的变化。由于存在微分非线性，会使能谱产生畸变。
对于放大器通常只给出积分非线性的指标，其值一般为千分之几，好的为万分之几，最大输出幅度一般≤10伏。
产生非线性的原因是放大器中所用的器件（如晶体管和运算放大器等）的参数随着工
252 作电流或电压变化而变化，从而使放大倍数也随着变化。改善放大器线性的方法，可以简单归结为：（1）合理选择工作点，在输入信号作用下尽可能减少工作电流的变化。（2）采用负反馈方法，它可以使放大器非线性减少到原来的F
A 011+。 图7.1.6给出了用电桥法测量放大器积分非线性的方框原理图及波形图。
图7.1.6 电桥法测量放大器积分非线性原理的方框图及波形图
测量原理简述如下：精密脉冲发生器输出信号一路加到电桥A 端，并加到示波器的外触发便于观察。另一路经过衰减器后加到放大器，再输出到电桥的B 端。被测放大器处于反相放大的状态。电桥的二个标准电阻21R R =，通常取几k Ω至十几k Ω。为避免示波器过载，另外加二个限幅二极管D 1和D 2。示波器从电桥N 点观察并测量放大器的积分非线性。通常测量过程是调节精密脉冲发生器输出幅度至放大器额定最大输出幅度V 0max 仔细调节衰减器使电桥A ，B 两端输入幅度正好大小相等，方向相反。由示波器观察到波形中的OA 和CP 在同一个水平上。然后再逐渐减小发生器的输出幅度，这时从示波器中测量N 点的数值ΔV S ，找出最大值，即波形中CP 线偏离OA 水平线的最大偏差值ΔV S max 。可以采用下面公式计算放大器的积分非线性
%100m ax
||0max ??±=V V INL S (7.1.3)
这是推荐的一种简便的近似计算方法。
三、放大器的噪声和信号噪声比
放大器输出信息中，总是由信号、噪声和干扰组成。干扰信号是外部的，可以通过各种方法减少到最小。对于噪声是由前置放大器输出噪声和放大器输入端自身的噪声所决定的。通常考虑放大器输入端的噪声只要比前置放大器输出端的噪声小一个量级就能满足要求。
在具体使用放大器时还应考虑信号噪声比，由于核辐射探测器输出信号较小，噪声叠加在有用信号上，能使能量分辨率变坏，因此如何提高信号噪声比就成为重要问题。前面
262
已推导前置放大器输出的噪声功率谱密度为)(222
2ωωc b a ++，因此在放大器内部采用合适
的滤波成形电路来限制频带，就能够抑制噪声。利用宽带脉冲示波器可以测量放大器的噪声。
调整放大器处于正常工作条件下，无信号输入时，在放大器输出端用示波器观察，读出噪声的峰-峰值np V ，则折合到放大器输入端噪声的均方根值
A
V V np no 2.0= （7.1.4） A 为放大倍数。这种测量放大器噪声的方法很简单，但受观察者判断np V 大小的影响
较大，故测量误差较大。
同样在无信号输入时，超高频毫伏计也可以测量放大器输出端的噪声值n V ，则折合到放大器输入端噪声均方根值 A
V V n no 13.1=
（7.1.5） 式中1.13是用测量正弦有效值的交流表来测量噪声电压均方根值的修正系数。 应该注意这种测量方法要求超高频毫伏的带宽至少比放大器带宽大十倍，同时自身噪声电压很低。
四、放大器的幅度过载特性
放大器工作有一个线性范围，当超出线性范围时，就要产生两种情况：超过线性范围较小时，放大器还能正常工作，只是它的非线性系数变大。当超出线性范围很大时放大器在一段时间内就不能正常工作。例如：在测量同位素的低能X 射线产生的脉冲信号时，伴随有高能γ射线产生特大的脉冲信号，就可能使放大器获得比正常幅度大上几百倍的输入脉冲，其结果使放大器在某级或几级中使工作点远离线性区，并使有的器件饱和，有的器件截止。这个大信号过后，放大器在一段时间内不能恢复正常工作。在这段时间内来的低能X 射线信号就不能被正常放大，从而使测量产生误差。这种现象就称为放大器的幅度过载，也称为放大器的阻塞。引起过载的脉冲信号称为过载脉冲。这一段不能恢复正常工作的时间就称为放大器的死时间。
一般地讲，引起过载的原因主要与放大器中的耦合电容充放电有关。用一个简单的单管放大器举例说明，如图7.1.7所示。
图7.1.7 单管
放大器过载现象
272
图7.1.7 单管放大器过载现象
当输入一个大幅度的正极性矩形脉冲，由于基极电位迅速上升，基极电流大大地增加，晶体管很快地饱和，以至输入电阻很快降低为D r 。对耦合电容C 以时间常数为C r D ?速度充电，由于D r 很小，故C 很快充到输入电压，相当于一个微分电路。这个大脉冲信号消失时，基极电压很快下降变负，晶体管截止，其输入电阻为R r ，对耦合电容C 以时间常数为C R r b R ?)||(速度放电。由于R r 很大，R r >>D r ，故放电时间就很长了，其波形如图7.1.7所示。可以看到在大脉冲信号消失后，基极电位变得很负，使管子处于截止状态。在这一段截止时间里，所有正常的输入信号都不能正常地放大。由于放电时间较长，就可能使死时间比正常脉冲宽度大上几十倍到几千倍。解决办法：（1）尽可能采用直流耦合，从根本上消除电容充放电的现象。（2）当有耦合电容时，从电路上采用差分放大器的形式可以具有良好的抗过载性能。（3）也可以从滤波成形的角度来看，使输入脉冲变窄，从而可以缩短电容的充电时间。（4）在输入端加一级限幅电路来限制过载脉冲。当然还可以有一些其它方法。在消除过载现象时，以上一些方法往往是同时采用的。
抗过载性能可用“过载恢复时间”来表示。它定义为：在给定过载程度的条件下（如超过正常信号值的200倍到1000倍），放大器输出波形回到基线并保持在基线附近最大额定输出电压±1%的一个带内，小信号增益已回到正常时所需要的时间。然而，由于过载引起的下冲还与放大器的成形电路时间常数、输入脉冲宽度有关，故通常是在一定的成形时间常数下，抗过载性的表示：规定过载脉冲幅度为最大线性输入幅度的多少倍，过载恢复时间则以不过载时的脉宽多少倍来度量。例如某放大器的过载特性是过载100倍，过载恢复时间为不过载脉冲宽度的2.5倍。
图7.1.8（a ）为过载特性测试装置图，可以看到在放大器输入端，由精密脉冲发生器输出的过载脉冲中混合一个小幅度的正弦信号输入。在过载脉冲后，当正弦信号已被正常放大，则说明放大器已经恢复正常，从而可以测出放大器过载恢复时间，如图7.1.8（b ）所示。测量过载恢复性能时，应特别注意调整好放大器极-零相消电路，使输出脉冲既不产生下冲，又能尽快地回到基线，否则测量结果的误差将会很大。也可以用示波器观察放大器输出端在过载脉冲后，开始出现噪声的时刻，来测量放大器过载恢复时间。这是一种比较简单实用的测量方法。
图7.1.8（a ）放大器过载特性测度装置图
（b ）放大器过载特性波形图
282
五、放大器的计数率过载特性
在能谱测量中可以发现，当信号脉冲的计数率从小到大变化时，所测到的能谱也会发生变化。当计数率很低时，随着计数率改变，能谱变化很小，可以忽略。但当计数率越大时，谱线发生的变化就愈严重。在高计数率条件下，由于信号堆积造成了谱线严重的畸变，反映在测量结果中，谱峰展宽，峰的位置发生偏移，甚至出现假峰。
放大器中，由于计数率过高所引起的脉冲幅度分布的畸变称为放大器的计数率过载。 一般要求在某一计数率时峰值偏移在规定的数值以下，此计数率为该放大器的最高允许的计数率。
要改善放大器的计数率过载性能，在放大器内部要加入适当的滤波成形电路，如微分电路可以使输出脉冲变窄，极-零相消电路可以消除脉冲的下冲，这些措施都有利于计数率的增加。为克服高计数率引起的能谱畸变，谱仪放大器中引入了基线恢复电路和堆积拒绝电路。
图7.1.9为测量放大器计数率过载性能的实验装置图。
图7.1.9 放大器计数率过载测试装置图
通常在低计数率（几百计数/秒）情况下，使辐射源（如Cs 137）的谱峰在0.7V omax 左右，这里V 0max 为放大器最大输出幅度。同时由精密脉冲发生器给出等幅脉冲加到放大器，使放大器输出等幅脉冲产生的峰在0.9V omax 左右。通过调节辐射源和探测器之间距离来改变探测器信号的计数率，测量精密脉冲发生器输出信号峰的峰位变化和峰宽的变化。
六、放大器的上升时间
探测器输出的信号通常有快的前沿和缓慢下降的后沿，上升时间主要对信号的前沿而言的。放大器的上升时间过大，会使输入信号产生畸变，结果信号幅度变小了。如果放大器上升时间非常小，也带来了一些不利因素，一则电路变得很复杂，二则增加了电路本身的噪声，因此需要有一个合理的选择。
放大器输出信号的形状，取决于成形滤波电路，所以放大节上升时间必须比成形滤波电路的上升时间要小得多。设放大节上升时间为t r ，滤波成形电路的上升时间，一般最小为几百纳秒，故要求r t 小于100纳秒。
当有n 个放大节时，放大器上升时间和各放大节上升时间的关系如下：
221rn r r t t t '++'≈ （7.1.6）
当每一节上升时间相同时，则
292
r
r t n t '≈ n
t t r r ≈' (7.1.7) 当ns 100≤r t 时，ns 100n t r ≤'，当5=n 时，每一个放大节的上升时间应小于45纳秒。
已知上升时间和带宽的关系为：
r t f 35.0≈? （7.1.8）
快的上升时间相应有宽的频带，因此核测量用的脉冲放大器通常是一个宽带放大器，而采用负反馈是提高放大节上升时间很有效的方法。
当输出端分布电容很大时，由于输出端分布电容不参加负反馈，电压负反馈只能降低阻抗，不能减小输出端分布电容C S 。这时上升时间为2.2R 0C S ，R 0为输出阻抗。
七、放大器的输入阻抗和输出阻抗
对于放大器输入阻抗大小的要求，取决于信号源的内阻大小，而放大器的输出阻抗则取决于后续电路的要求。通常放大器输出阻抗小一些好，以便能适应在不同负载情况下工作。为与输出电缆匹配使用，输出阻抗一般取50Ω左右。
7.1.4 其它类型的一些放大器
核信号放大器除了上面提到的从能谱测量角度的放大器外，还有一些其它类型的放大器。
一、偏置放大器
把输入信号进行切割，将超过切割阈部分的信号再进行放大，故也称为切割放大器。简单原理见图7.1.10，B V 为切割阈，输入信号超过B V 部分被线性放大。而幅度小于B V 的脉冲将被割去，即不能通过放大器输出。
图7.1.10 偏置放大器示意图
它与低道数多道分析器相配合使用时，亦可以得到相当精确的能谱。
二、快脉冲放大器
快脉冲放大器是放大特别快的信号，往往要求在保留时间信息方面上使用，例如，它可以用在时间甄别，快定时，小分辨时间及高计数率等电路中。它和谱仪放大器相比较，只是在时间响应上有快的特点。具体的讲就是它的上升时间及下降时间都要求非常快，一般在几纳秒到几十纳秒左右，而其它的指标，如放大倍数、噪声等方面指标可以适当降低
2102
图7.2.1 常用运算放大器负反馈开
（a ）并联负反馈 （b ）串联负反馈 要求。
三、弱电流放大器
弱电流放大器正好与快脉冲放大器相反，要求它放大非常小而变化又非常缓慢的核信号。如积分电离室输出信号可以用来表示射线强度，积分电离室的输出信号电流可以小到10－12A 的量级，而它的输出阻抗非常之大。放大这样信号往往要用一种特殊电路，即弱电流放大器来完成。以上我们介绍了核放大器中的一些主要特点。抓住这些特点就可以较容易地理解后面具体电路中为什么会采取各种不同的措施，以及在使用这些放大器时应该注意哪些问题。
7.2 谱仪放大器的放大节
7.2.1 放大节的结构
谱仪放大器是由许多单元电路组合而成的。其中主要单元是几个放大节。放大节通常由一个高增益的运算放大器（可以由分立元件或者集成电路组成）和一个反馈网络所组成。前面分析放大器上升时间时，已经提到放大节的一升时间要大大优于放大器的上升时间。实际上放大器很多指标在很大程度上取决于单元放大节指标的优劣，所以对放大节的选择是非常重要的。选择一个好的放大节，才能够保证谱仪放大器的良好性能。对于放大节的基本要求可以从对谱仪放大器的要求中提出。简单归结为：放大倍数及其稳定性、线性、上升时间和过载等性能的要求。
在分析谱仪放大器特性时，很多地方都提到改善指标的有效办法是采用负反馈方法。当然，在放大节的具体电路中也确实都采用负反馈的方法，所以有时也称负反馈放大节。
谱仪放大器中最常采作的反馈形式是电压并联负反馈和电压串联负反馈二种，如图
7.2.1所示。
由于现时的放大节全部采用直流耦合形式，所以也称为运算放大单元，所有运算放大器的特性在这里可以直接引用。
图7.2.1(a)为反相端输入形式。
增益 R
R A f -= 输入阻抗R R if = 输出阻抗F
A R R o o of +=1 F 为反馈系数，o A 为开环放大倍数，o R 为开环
时的输出阻抗。
图7.2.1(b) 为同相端输入形式。
增益 R
R A f +=1
2112
输入阻抗)1(0F A R R i if += 输出阻抗F
A R R of 001+= o R 为开环时的输出阻抗。
由于负反馈作用，放大倍数的稳定性提高了（1+A o F ）倍，非线性也得到改善，缩小了（1+A o F ）倍，频率响应的带宽，大体上说增加了（1+A o F ）倍，当然相应的上升时间大致也减小了（1+A o F ）倍，所以要改善放大节的性能，首要问题是提高负反馈深度F A o 。反馈系数F 因具体需要而确定的，尽可能增加放大节的开环放大倍数A o 是十分必要的。有时，为了得到大的开环放大倍数，除了增加级数外，还适当加入一些正反馈（如自举电路）。一般开环放大倍数取在102—104量级。
放大器中自身的噪声大小也是很重要的，从理论上说，无反馈放大器能获得最低的噪声，因此不能用负反馈来改善放大器的信噪比。为了降低噪声，除了对输入级的器件作严格的挑选外，在电路的接法上也需要注意。如图7.2.2所给 出两种接法对噪声的影响。v i 为输入端信号，v n 为输入端噪声。
图7.2.2 （a ）信号从反相端输入 （b ）信号从同相端输入
对于反相端接法的信号和噪声的放大倍数分别为
R
R A L s =- R
R A f n +=-1 （7.2.1） 对于同相端接法的信号和噪声的放大倍数分别为
R R A f s +
=+1 R R A f n +=+1
（7.2.2） 1,=+=+
++-n s f f s s A A R R R A A (7.2.3) 由此可见，对于指标性能一样的运算放大器，同相接法的信噪比性能要比反相接法的好。对于输入级来讲，一般总是希望接成同相放大器。在具体实验中，探测器、前置放大
2122
器、谱仪放大器之间都需要有一段距高，而实验室环境总存在各种电磁场的干扰。连接前置放大器和谱仪放大器的电缆就会感应到这些干扰信号，从而使信噪比变差。利用双芯同轴电缆把信号传送到差分放大器的输入端，利用差分放大器抑制共模噪声的特点而大大降低这种干扰噪声的影响。故谱仪放大器共模抑制比基本上由输入放大节的特性所决定。
图 7.2.3 给出这种接法的原理图，用来抑制强的干扰电磁信号是十分的效的。
图7.2.3 抑制共模干扰的输入放大节的接法示意图
对于谱仪放大器，还希望位于它前级的前置放大器的放大倍数大一些，尽可能减少对放大器内部噪声的放大量 。
放大节中放大倍数由f R 和R 来决定，放大倍数的调整可以分为粗调和细调。粗调通常变换不同电阻，如图7.2.4（a ）所示。细调也可以用这种方法，但显然调节是非线性的，如图7.2.4（b ）所示。在同相输入端上用可变电阻组成分压器，分压器不会影响同相输入端的负载，因此调节的线性很好，如图7.2.4（c ）所示。
图7.2.4 放大节增益调节的方案原理图
在放大器中对输入放大节和输出放大节还有一些特殊的要求。
通常输入放大节要适应输入极性的变化和阻抗匹配的要求，还要考虑过载特性和低噪声。由于这些性能不能通过负反馈的方法来解决，因此还必须附加一些电路。
输出放大节由于信号幅度范围大，要求有较大的线性范围。此外，还要考虑输出阻抗和匹配。
在谱仪放大器中，一般有几节都是相同结构和形式的放大节，对不同的要求可以在电路上采取一些措施。
2132
图7.2.5 负反馈放大节电路之一 7.2.2 分立元件构成的放大节电路介绍
一、实际放大节电路的分析
图7.2.5是一个结构简单的放大节，此电路由T 1，T 2组成差分放大器，T 3组成单管放大器及反馈网络组合而成。
（1）采用差分放大器作为前级，可
以提高电路的抗过载性能。输入很大的
正向脉冲时，可能使T 2管截止，这样
T 1、T 2管公共射级电阻R e （22k Ω）作
为T 1管的射极电阻。此时输入阻抗为
1b R （22k Ω）并联（1+β）R e ，由于（1+
β）R e >>1b R ，充放电时间常数近似为
11C R b 。
当有很大的负向脉冲时，可能使T 1管截止，这样充放电时间常数也就为
11C R b 。
这与在正常工作条件下的充放电时间常数相当接近，因而在过载信号的
条件下就不会明显出现基线漂移。
（2）采用交直流分开的负反馈。从
交流反馈来看是电压串联负反馈，故具
有电压串联反馈的一切优点。
反馈系数 3330C C
C F R R R v v F +''==
（7.2.4） F v 为反馈信号，0v 为输出信号。
反馈后的放大倍数 F A A A 01+= 只要A 0足够大，则
102704.22701333≈ΩΩ+Ω='+'==k R R R F A C C C （7.2.5）
电路内部都采用直流耦合，由于没有使用耦合电容，使电路的抗过载性能提高了。当然也带来了另一个问题，即工作点的漂移问题。这里用加强直流负反馈来稳定电路的工作点。
直流的反馈系数
9.0)224.2(22232≈Ω
+Ω=+=k k R R R F b C b D 反馈反的直流放大倍数
2142
1.11100≈=+=D D D F F A A A （7.
2.6）
由此可见电路的工作点应该是很稳定的。
（3）要使负反馈后的放大节性能良好，开环放大倍数必须很大。这里我们来估算一下它的开环放大倍数。
把3be r （T 3的e ，b 间的电阻）与R C1并联视为T 1的负载。
差分放大器的放大倍数
1
3111)//(21be be C r r R A β-= 单管放大器的放大倍数
3
3332be C C r R R A '+-=β 放大器的开环倍数 )(2)(31133131210be C be C C C r R r R R R A A A +'+=?=ββ （7.2.7）
代入参数可以计算得到A 0大约为103量级，可见开环放大倍数是满足远大于1的条件。
（4）其它的一些器件作用
二极管D 2是把输出脉冲限制在一个给定的数值上。静态时V 2.23= C V ，所以在D 2的二端有2.2V 的反向电压，只要D 2处于截止状态，二极管的反向电阻非常大，不影响放大级正常工作。当输出负脉冲幅度的绝对值超过)7.02.2(3+=+ D C V V 伏时，二极管D 2导通的正向电阻D r 非常小，V D 约为0.6~0.7V ，使最大输出信号限制在2.9V 左右。在输出幅度大于2.9V 时，放大器的线性被D 2管破坏了。但是它限制了向后级放大节输入的最大脉冲，再不会引起后级放大器的过载，从而提高了电路的抗过载特性，需要指出的是，二极管D 2抗过载特性只对负信号起作用，对正信号来讲不起什么作用。
电容C 6作为稳压管D 1的旁路电容。D 1总有内阻存在，在高频时这个电阻就显得较大，通过C 6的旁路，可以提高T 3的放大倍数，也即提高了放大节的开环放大倍数。
电容C 5是调整高频的反馈量，用以得到最好输出波形。
R 1、C 2、2
C '和2R 、3C 、3C '为退耦电路，作用是隔离放大节之间的相互影响及隔离来自电源的影响，几乎所有单元都要使用退耦电路。明确了退耦电路作用，在分析电路时可以撇开它，使电路简易明晰。
二、放大节电路实例
图7.2.6所示的放大节可以作为输入放大节。
T 1、T 2组成差分放大器，T 3组成共基极放大器，T 4，T 5组成互补射极输出器，通过C 3、R 9构成自举电路。
它的开环放大倍数，由于加了共基极放大器及自举电路后，变得很大了，从而也加深了总的负反馈。
2152
图7.2.6 负反馈放大节电路之二
图7.2.6电路可以等效为图7.2.7电路。 差分放大器的放大倍数32
321,21eb be eb r r r A ?-=β为T 3的基极电路输入电阻。 共基极放大器的放大倍数a eb a R r R R A ,//3
32'=β为自举作用下的动态电阻，R '为双射极输出器的输入阻抗，这两个电阻都是非常大的。
所以 232210//21be a r R R A A A '-=?=ββ （7.2.8）
T 2管的密勒效应会使放大器的输入电容变大，频率特性变坏，但由于T 3管组成的共基极放大级的输入阻抗非常小，这样T 2负载阻抗很小，它的放大倍数也就小，从而降低密勒效应。可见加入共基极电路改善了电路的频率特性。
互补的射极输出器允许静态电流很小，而动态电流可以很大，这样有利于大信号输出。对抗过载来讲也有益处。同时由于它输入阻抗大，输出阻抗小可以缩小前后之间的相互影响，同时满足信号前沿和后沿的要求，提高了双向输出的负载能力。
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作为输入放大级，在很多谱仪放大器中也是极性转换电路。
从图7.2.6可以看到整个放大节具有深度负反馈，构成了运算放大器形式。
由于极性开关的作用，电路可以等效成同相端输入和反相端输入，如图7.2.8所示。
图7.2.7 放大节简化原理图 图7.2.8 放大节反馈示意图
反相端输入的放大倍数
7560k 9.3217-=Ω
Ω-=-=-R R A S 同相端输入的放大倍数 7560k )56.09.3()820120(8202217
434≈Ω
Ω+?Ω+Ω=+?+=+R R R R R R A S 从图7.2.8中可以得到，反相端的输入阻抗为560Ω，同相端输入阻抗940Ω。为了与50Ω的电缆匹配，在输入端加了一个R 1（50Ω）的电阻，所以总的输入阻抗近似为50Ω。
为了使放大节能安全可靠稳定地工作，还需加进一些辅助电路。
D 1、D 2两个二极管保护T 1、T 2两个晶体管不被反向的大信号损坏，D 1、D 2称为保护二极管。
D 4、D 5两个二极管是平衡T 4、T 5在静态时都能保持导通的状态，同时可以对T 4、T 5的导通电压起温度补偿作用，同样D 3二极管对T 3的导通电压起温度补偿作用。
D 6二极管在T 5对C 4充电较多时，可以通过D 6正向小电阻D r 放电。
输入放大节还要考虑低噪声问题。第一级差分放大管尽 量挑选噪声系数小的管子。 从以上单元的介绍，可以看到放大节电路用晶体管分立元件构成，内部的变化可以很多，而从外部来看，也就相当于深度负反馈运算放大器的同相端输入或反相端输入形式。线性集成电路技术的发展，运算放大器集成片在频带宽、转换速率、负载能力等性能的提高、成本降低，已经可以用来作为核子仪器放大器中的基本放大节，使电路设计及调整大大简化。
7.2.3 集成运算放大器构成的放大节电路
从上面分析分立元件组成的运算放大器构成的放大节电路中可以看到，谱仪放大器中放大节电路的各项指标要求较高，一般的集成运算放大器是无法满足其要求的。必须对集成运算放大器提出一些特殊的要求。
（1）上升速率
上升速率是指在输入端作用很大的阶跃信号，由于受内部限制而得到输出电压的变化速率，单位是电压/时间。集成运算放大器的瞬态特性在信号幅度不同时有很大的差别。输入端有很大的阶跃电压信号时，集成运算放大器通常都能产生瞬时的饱和或截止现象，将使放大器的输出电压不能很快跟随输入阶跃电压变化。它是由于运算放大器中存在着各种杂散电容及运算放大器中的一些相位补偿电容所引起的。谱仪放大器的放大节要求有快的上升速率。
（2）相位补偿
放大节电路中运算放大器都接成负反馈连接形式。在低频时具有180°的固定相移，而到反馈网络的中频和高频段时，随着频率变化会产生一个附加的相移。当相移达到180°，放大回路增益A≥1时就会产生自激振荡。为了保证放大节电路稳定工作，通常都对运算放大器采用相位补偿电路。图7.2.9给出了一些相位补偿方法的简图。
只要相位补偿电路参数选得合适，这些电路都可以使闭环放大器稳定工作。但采用哪一种形式相位补偿电路更合适，则根据放大器的上升速率和噪声大小要求而决定。
图7.2.10给出一个实用的集成运算放大器组成的放大节电路，它是同相端输入的放大节电路。
图7.2.9 相位补偿方法原理图图7.2.10 运算放大器组件构成同相端输入的放大节
2172
2182
图7.2.11给出另一个实用集成运算放大器所组成的输出放大节电路。它是反相端输入的放大节电路。
图7.2.11 运算放大器组件构成反相端输入的放大节
图7.2.11中R 1和R 2电阻调整后使静态输出端电平为零电平。 闭环放大倍数R
R A f f C 、3R 和C 1为相位补偿电路。
由T 1等元件组成供给组件中输出级的正电源。
由T 2等元件组成供给组件中输出级的负电源。与前面分立元件组成的放大节电路相比较要简单得多，并且调整电路也非常方便。
7.3 谱仪放大器中的滤波成形
7.3.1 滤波成形电路在谱仪放大器中的作用
谱仪放大器基本上由放大节和滤波成形电路组合而成。对放大节来讲其主要的任务是放大信号，而滤波成形电路主要任务：①抑制系统的噪声，使系统信噪比最佳。②使信号的形状满足后续分析测量设备的要求。
举一个简单例子来说明滤波成形电路在放大器中的作用。图7.3.1（a ）给出了由11R C 的微分电路和22C R 的积分电路所组成的滤波成形电路。虚线以前的为前置放大器部分。11R C 微分电路放在谱仪放大器的输入端，用来消除输入脉冲的迭加现象并使它的宽度变
2192
窄，提高电路的计数率容量，22C R 积分电路一般放在电路最后或较后部分，使输出的波形有一个较平坦的顶部，更适合于分析测量系统的要求。中间加的放大节A 1和A 2是起隔离级作用，减少滤波成形电路之间的相互影响。为讨论方便取121==A A 。各点波形如图
7.3.1（b ）所示。由于微分电路及积分电路是线性电路，所以有关幅度的信息通过滤波成形电路后并没有损失。
图7.3.1 CR-RC 滤波成形电路及各点波形
从噪声分析中已经知道，输出端的噪声和谱仪放大器的频带宽窄有关，只要缩小放大器的带宽，噪声就可以减少。而滤波成形电路功能也就是在尽可能保持信息的条件下缩小放大器的带宽，以能获得最佳的信噪比。
滤波器既然具有一定的频率响应，就必然具有一定的冲击响应，它在频域里是尽可能滤去噪声的各频率成分，保留信号的频率成分，而在时域里也就确定信号的形状。由于时域和频域的必然联系，主要用于提高信噪比的滤波器也就是信号成形电路。同一电路按使用的不同要求，既可以称为滤波器，也可以称为成形电路，这里我们通称为滤波成形电路。
对谱仪放大器中的滤波成形电路的要求可以简单归结如下：
（1）通过滤波成形后要求输入和输出应严格保持线性关系。
（2）尽可能提高放大器的信噪比。
（3）减小输入脉冲宽度，减少堆积和基线的变化，提高电路的计数率响应。
（4）成形后的最后输出波形应适合后续电路要求。
（5）滤波成形电路应尽可能简单，参数可以调节，以达到最佳效果。
7.3.2 最佳滤波器的讨论
在理论上总是可以根据信号和噪声的不同频谱求出一种最佳滤波器，使信噪比最大。但是理论上的最佳滤波往往是无法实现的。我们可以从理论上最佳滤波为出发点，使实际滤波器尽可能接近理论上的设想，并以最佳滤器作为标准，对实际滤波器性能作出评价。
2202 设一个滤波器的冲击响应为)(t h ，则)(t h ≒H (ω)，由前置放大器来的信号)(t v i ≒)(ωi V ，噪声功率谱密度)(ωi S ，输入到滤波器，滤波器的输出信号)(0t v ≒)(0ωV ，噪声的均方值20n V 。
图7.3.2 滤波器的输入和输出的信号及噪声
由傅氏反变换公式回到输出信号
ωωωπωd e V H t v t j i )()(21
)(0?=?∞
∞- （7.3.1）
由（1.3.33）式输出噪声的均方值
ωωωπ
ωd S H df S V i n )(|)(|21)(2020??∞∞-∞
∞-== （7.3.2） 设)(0t v 的最大值为M M t V ,0为以达最值时的时间，滤波器信噪比为 2/12200])(|)(|2[)()(ωωωπωωωηωdg S H Md e V H V V i t j i n M ?
?∞
∞-∞
∞
-?== （7.3.3） 利用施瓦茨定理
ωωωωωωωd B d A d B A 222
|)(||)(|)()(???≤??? （7.3.4）
当)(*)(ωωKB A =时上式取等号，K 为任意常数，)(*ωB 为)(ωB 的复共轭。 令M S V B S H A t j i i i ωωωωωωωe )()()(,)()()(=
=
则（7.3.3）式变为 212|)(|2)()(|??????=??∞∞-∞∞-ωωπω
ωωηd A d B A （7.3.5）
当)(*)(ωωKB A =时，上式分子最大，即得到理论上最大信噪比η。此时，滤波器的频率响应)(ωH 为
M e S V K
H t j i i ωωωω-=)()(*)( （7.3.6） 来自前置
放大器 信号
(t v i 噪声(i S )≒)(0ωV ωωωπd S H i )()(21
2
?∞
∞-=
仪表放大器：三运放INA的基础操作简介许多工业和医疗应用在存在大共模电压和DC电位的情况下，都使用仪表放大器（INA）来调理小信号。三运算放大器（三运放）INA架构可执行该功能，其中输入级提供高输入阻抗，输出级过滤共模电压并提供差分电压。高阻抗与高共模抑制比的结合是流量传感器、温度传感器、称重装置、心电图（ECG）和血糖仪等众多传感器和生物计量应用的关键。 本文介绍了三运放INA的基础操作，分析了零漂移放大器的优点、RFI 输入滤波器、监测传感器健康和可编程增益放大器，并列举了传感器健康监测器和有源屏蔽驱动（acTIve shield guard drive）电路的应用范例。 三运放INA基础操作 INA本身的性质使其适用于调理小信号。其高阻抗与高共模抑制比的结合非常适合传感器应用。通过使用输入级的同相输入可实现高输入阻抗，无需靠任何反馈技巧（见图1）。三运放电路可消除共模电压，并以非常小的误差放大传感器信号，但必须考虑输入共模电压（VCM）和差分电压（VD），以免使INA的输入级达到饱和。
饱和的输入级可能看似对处理电路是正常的，但实际上却具有灾难性后果。通过使用具有轨到轨输入和输出（RRIO）配置的放大器来提供最大设计余量，有助于避免出现输入级饱和。以下讨论介绍了三运放INA的基本操作，并举例说明了放大器如何处理共模和差分信号。 图1是三运放INA的框图。按照设计，输入被分为共模电压VCM和差分电压VD。其中，VCM定义为两个输入的共用电压，是INA+与INA-之和的平均值，VD定义为INA+与INA-的净差。 式1： 式2给出了由于施加共模电压和差分电压而在INA输入引脚上产生的节点电压（INA+、INA-）。 式2： 在非饱和模式下，A1和A2的运放在增益设置电阻RG上施加差分电压，产生电流ID： 式3： 因此A1和A2的输出电压为：
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
通用谱仪放大器 一．组成 放大节、滤波成形电路、基线恢复电路。 二、工作原理 基线恢复(无源CD基线恢复电路、有源CD基线恢复电路、无源CDD基线恢复电路、有源CDD基线恢复电路)；通用谱仪放大器介绍(微分电路、极零相消电路、极性转换电路、放大电路、积分电路、基线恢复电路) 1.基线恢复器 CDD基线恢复器 为了使脉冲过后要以很快的速度恢复到原来的基线，可使有源CDD基线恢复器的I1从2I2改为KI2.这样，在K>>1时，可以在恢复时间内流过电容器C的电流。 2.微分电路、极-零相消电路、极性转换开关、一级放大电路。 作用：使输入脉冲宽度变窄，提高计数率，消除下冲，转换成形信号极性，进行初级放大。
3.限幅器与二级放大 作用：当输入信号幅度过大时，限制成形脉冲幅度，如果输入信号幅度还比较小，则再次进行放大。
4.积分电路 作用：使信号成形为准高斯波形，以利于后续电路分析。 5.后级放大与基线恢复器 作用：对成型后的信号再次进行放大，当计数率较高时，引入CDD基线恢复电路，使偏移的基线恢复。 三、仿真结果
四、关键点总结 1.放大器在核测量系统中的作用及其结构 作用：放大、成形结构：极性转换电路、极-零相消电路、积分滤波放大电路、基线恢复电路等 2.放大器的基本参量 放大倍数及其稳定性、线性(积分非线性与微分非线性)、噪声与信噪比、过载特性(幅度和计数率)、上升时间、输入输出阻抗 3.谱仪放大器的放大节 并联负反馈与串联负反馈；同相输入与反相输入信噪比的区别 4.谱仪放大器中的滤波成形 滤波成形的作用(抑制系统噪声、使信号形状满足后续分析设备的要求)；白化滤波器与匹配滤波器；滤波成形的信息畸变(弹道亏损、堆积畸变)；无源滤波成形电路(极-零相消、积分滤波成形、准高斯成形)；有源滤波成形电路；基线恢复器(CD恢复电路、CDD基线恢复电路)；通用谱仪放大器
实验二 电荷灵敏放大器 一、 实验目的 1、进一步掌握电荷灵敏放大器的电路结构的特点和工作原理。 2、学习电荷灵敏放大器性能指标的测试方法。 3、掌握电荷灵敏放大器的特点和用途。 二、 实验内容 1、静态工作点测试； 2、上升时间测量； 3、电荷灵敏度测量； 4、非线性测量； 5、噪声特性测量。 三、 实验原理 当给半导体探测器加上反偏压后，如果有射线照射，则在探测器的灵敏区内产生电子-空穴对，其数目与射线粒子在灵敏区内损失的能量E 成正比。这些电子-空穴对被探测器结电容d C 收集，形成电压脉冲，其幅度为：d C Q U =， 这里Q 是收集到的电荷量。 图2-1 电荷灵敏放大器原理图 由于半导体探测器的结电容d C 随外界温度和外界偏压而改变，使得输出信号的幅度不稳定，给能谱测量带来很大困难。为解决此问题，需要使用电荷灵敏放大器。电荷灵敏放大器原理如图2-1所示。其中d C
r C 是放大器的输入电容和分布电容之和。f C 为反馈电容。如将反馈回路的电容等效到输入端，则输入端的总电容为 ()f r d C A C C 01+++。当半导体探测器输出电荷Q 时，在放大器输入端形成的信 号电压为 ()f r d sr C A C C Q U 01+++= 如果满足条件10> A ，()r d f C C C A +> +01，则 f sr C A Q U 0 放大器的输出信号幅度为 f sr sc C Q U A U =× =0 由此可见，只要满足上述条件，电荷灵敏放大器的输出信号幅度就仅与探测器输出的电荷Q 成正比，而与探测器的结电容d C 和放大器的输入电容r C 无关。 输入单位电荷所产生的输出电压值为f sc C U 1 = f C 1 称为电荷灵敏度。由式可见，要提高电荷灵敏度，应选择较小的f C 值。 本实验所用FH1047A 电荷灵敏放大器，其电路原理如图2-2。其中，1T 采用结型场效应管3DJ7G ，它具有极小的栅流，很高的输入电阻，很小的输入电容，这是获得低的噪声所必需的。1T 接成源极接地放大电路。2T 构成共基极放大电路，以获得快的频率响应及实现同相放大。电路采用自举的方法提高共基电路的集电极的动态负载，便于提高电路的开环增益。3T 和4T 构成复合射极跟随器作为输出极，以提高电路的负载能力。反馈电容f C 跨接在输出端与输入端之间，以形成电荷灵敏放大器。由电路图可见，这种反馈是并联电压负反馈。输入端的电阻 f R 接至输出端，从而取得直流负反馈，这样可以提高电路的稳定性。
课程设计任务书 学生姓名：专业班级：电子1003班 指导教师：葛华工作单位：信息工程学院 题目: 功率放大器的设计 初始条件： 计算机、Proteus软件、Cadence软件 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：2周 2、技术要求： （1）学习Proteus软件和Cadence软件。 （2）设计一个功率放大器电路。 （3）利用Cadence软件对该电路设计原理图并进行PCB制版，用Proteus软件对该电路进行仿真。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 2013.11.11做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。 2013.11.11-11.16学习Proteus软件和Cadence软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。 2013.11.17-11.21对功率放大器进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 2013.11.22 提交课程设计报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要........................................................................ I Abstract ................................................................... II 1 功放的工作原理及分类 (1) 1.1功放的工作原理 (1) 1.2功放的分类 (1) 2 软件介绍 (2) 2.1 Proteus (2) 2.1.1 Proteus简介 (2) 2.1.2工作界面 (2) 2.1.3 对象的放置和编辑 (3) 2.1.4 连线 (4) 2.2Cadence软件 (4) 2.2.1 Cadence简介 (4) 2.2.2 Cadence软件的特点 (4) 2.2.3电路PCB的设计步骤 (4) 3 设计方案 (6) 3.1 运算放大电路的设计 (6) 3.2 功率放大电路的设计 (7) 3.3 音频功率放大电路 (9) 3.4方案总结及仿真 (10) 4 Candence软件操作 (11) 4.1 Cadence画电路原理图 (11) 4.2 布线及PCB图 (11) 4.2.1布线注意事项 (11) 4.2.2 PCB制作 (12) 5.心得体会 (14) 6.参考文献 (15)
仪表放大器特点及作用 仪表放大器是一个特殊的差动放大器，具有超高输入阻抗，极其良好的CMRR，低输入偏移，低输出阻抗，能放大那些在共模电压下的信号。仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件，具有差分输入和相对参考端的单端输出。与运算放大器不同之处是运算放大器的闭环增益是由反相输入端与输出端之间连接的外部电阻决定，而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。仪表放大器的2个差分输入端施加输入信号，其增益即可由内部预置，也可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻预置。 一、仪表放大器特点 1、高共模抑制比 共模抑制比（CMRR）则是差模增益（Ad）与共模增益（Ac）之比，即：CMRR=20lg|Ad/Ac|dB;仪表放大器具有很高的共模抑制比，CMRR典型值为70～100dB 以上。 2、高输入阻抗 要求仪表放大器必须具有极高的输入阻抗，仪表放大器的同相和反相输入端的阻抗都很高而且相互十分平衡，其典型值为109～1012Ω。 3、低噪声 由于仪表放大器必须能够处理非常低的输入电压，因此仪表放大器不能把自身的噪声加到信号上，在1kHz条件下，折合到输入端的输入噪声要求小于10nV/Hz. 4、低线性误差 输入失调和比例系数误差能通过外部的调整来修正，但是线性误差是器件固有缺陷，它不能由外部调整来消除。一个高质量的仪表放大器典型的线性误差为0.01%，有的甚至低于0.0001%. 5、低失调电压和失调电压漂移 仪表放大器的失调漂移也由输入和输出两部分组成，输入和输出失调电压典型值分别为100μV和2mV。 二、仪表放大器的作用 目前仪表放大器在多方面已经得到运用，典型应用如下：
功率放大器,功率放大器的特点及原理是什么? 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。 功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。 一、功率放大器的特点 向负载提供信号功率的放大器，通常称为功率放大器。功率放大器工作时，信号电压和电流的幅度都比较大，因此具有许多不同于小信号放大器的特点。 l．功率放大器的效率 功串放大的实质是通过晶体管的控制作用，把电源提供给放大器的直流功率转换成负载上的交流功率。交流输出功串和直流电源功率息息相关。一个功率放大器的直流电源提供的功率究竟能有多少转换成交流输出功率呢？我们当然希望功率放大器最好能把直流功率（PE= EcIc）百分之百转换成交流输出功率（Psc＝Uscisc）实际上却是不可能的。因为晶体管自身要有一定的功率消耗，各种电路元件（电阻、变压器等）要消耗一定的功率，这就有个效率问题了。放大器的效率η指输出功率Psc与电源供给的直流动率PE之比，即通常用百分比表示： η=Psc/PE 通常用百分比表示： η=Psc/PE×100% 效率越高，表示功率放大器的性能越好。 晶休管在大信号工作条件下，工作点会上下大幅度摆动。一旦工作点跳出输入或输出特性曲线的线性区，就会出现非线性失真。所以对声频功率放大器来说，输出功率总要和非线性失真联系在一起考虑。一般声频功率放大器都有两个指标棗最大输出功率和最大不失真输
仪表放大器与运算放大器的区别是什么？ 文章来源：EDN博客作者：zhangjinlei2005 访问次数：513 -------------------------------------------------------------------------------- 该文章讲述了仪表放大器与运算放大器的区别是什么？的电路原理和应用 仪 表放大器与运算放大器的区别是什么？ 仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值≥109 Ω。其输入偏置电流也应很低，典型值为1 nA至50 nA。与运算放大器一样，其输出阻抗很低， 在低频段通常仅有几毫欧（mΩ）。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输 出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是，仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络，它与其信号输入端隔离。对仪表放大器的两个差分输入端施 加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增益电阻器也与信号输入端隔离。 专用的仪表放大器价格通常比较贵，于是我们就想能否用普通的运放组成仪表放大器？答案是肯定的。使用三个普通运放就可以组成一个仪用放大器。电路如下图所示： 输出电压表达式如图中所示。 看到这里大家可能会问上述表达式是如何导出的？为何上述电路可以实现仪表放大器？下面我们就将探讨这些问题。在此之前，我们先来看如下我们很熟悉的差分电路： 如果R1 ＝R3，R2 ＝R4，则VOUT = (VIN2—VIN1)(R2/R1) 这一电路提供了仪表放大器功能，即放大差分信号的同时抑制共模信号，但它也有些缺陷。首先，同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于100 kΩ，而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍，即200 kΩ。因此，当电压施加到一个输入端而另一端接地时，差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。（这种源阻抗的不平衡会降低电路的CMRR。） 另外，这一电路要求电阻对R1 /R2和R3 /R4的比值匹配得非常精密，否则，每个输入端的增益会有差异，直接影响共模抑制。例如，当增益等于1 时，所有电阻值必须相等，在这些电阻器中只要有一只电阻值有0.1% 失配，其CMR便下降到66 dB （2000:1）。同样，如果源阻抗有100 Ω的不平衡将使CMR下降6 dB。 为解决上述问题，我们在运放的正负输入端都加上电压跟随器以提高输入阻抗。如下图所示： 以
常见功率放大器的特点 时间:2011-12-05来源:https://www.doczj.com/doc/b69880651.html, 作者:电气自动化技术网点击: 85次 功率放大器简称功放，它可以说是各类音响器材中 最大的一个家族了。其品牌、型号之多，实在举不胜 举。虽然都称为功放，但以其主要用途来说，功放可以 分做两个主要类别，这就是专用功放与民用功放。在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅、公共场所扩声，以及录音监听等处所使用的功放，一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求，这类功放通常称之为专用功放或是专业功放。 而用于家庭的Hi-Fi音乐欣赏，AV系统放音，以及卡拉OK娱乐的功放，通常我们称为民用功放或是家用功放。 专用功放与民用功放尽管在一些特性参数上有所差别，但也很难说有一条泾渭分明的界线，比如用于音乐录音监听的功放很可能就是一台可用于家庭Hi-Fi甚至是Hi-end功放。 Hi-Fi功放与AV功放 Hi-Fi功放与AV功放是目前家用功放中的两个主要类别。这两类功放用于不同的用途，设计的侧重也不相同。Hi-Fi功放用于欣赏音乐，使用者追求的是尽可能的"原汁原味".而AV功放的使用者追求的是与画面相配合的"现场"效果，甚至是夸张了的"现场"效果。这两类功放不太好直接比较孰优孰劣，比如价位同为三千多元的Hi-Fi功放与AV功放，Hi-Fi功放的成本投入只在两个声道上，而AV功放的成本投入则要兼顾5-6个声道，还要具有一定的效果处理功能。如果仅看其两个主声道的投入，肯定低于Hi-Fi 功放两个声道的投入。其放音效果的差异是显而易见的。但是无论是Hi-Fi功放还是AV功放，都有高档精品型与超值普及型之分，比如天龙的AVC-A1型AV功放，当其用于音乐放音时，其音效不会比一台四、五千元的Hi-Fi功放逊色。 一般来说，很难能有一台可以对Hi-Fi、AV全兼容的AV功放，AV功放兼顾Hi-Fi音乐欣赏是有条件的，这一条件就是使用者欣赏音乐时的要求与标准，如果使用者仅是用来欣赏一些休闲音乐，或是只要求能够听到乐曲的旋律，AV功放是比较容易满足的，但是要是对音乐欣赏有较高的要求，一般的AV功放就难于满足了。 晶体管功放与电子管功放 用于Hi-Fi欣赏的功放可以分作晶体管功放和电子管功放两大类，以前还有用集成电路或是模块电路的Hi-Fi功放，但是现在已经不多见了。音响技术超级论坛晶体管功放和电子管功放并不存在着优劣的差异，只不过应用的器件不同（一是晶体管，一是电子管），由于两类器件不同，其物理基理与电路特点也不相同。 电子管的电流是电子在真空中受电场力的吸引，运动形成的。而晶体管的电流是半导体元素的外层电子在电场力的作用下转移位置形成的。这种物理基理的不同，造成在实际应用中电路特点也不同。相对来说，电子管功放的工作电压较高，但工作电流比较小，而晶体管功放的工作电压较低，工作电流都比较大。电子管功放与晶体管功放的音色确是有一定的差异，两者对瞬态信号的响应也不相同。这种不同都又分别适应了不同类别的音乐和不同的音乐欣赏者，所以目前的Hi-Fi功放中形成了晶体管功放和电子管功放并存的情况。不过，若是以品牌、型号、数量而言，晶体管功放所占的份额仍是绝对大于电子管功放。 甲类功放与乙类功放 晶体管功放输出级晶体管的工作状态，可以分做甲类与乙类。所谓甲类，简单地说就是使输出级晶体管在正弦交流信号的正负半周时均工作在线性区，而乙类则是仅使输出级的晶体管在正弦交流信号的正半周（或是负半周）工作在线性区。由于输出级晶体管的工作状态不同，使得输出级的电源利用效率（即输出功放与耗电功率之比）也不同。在实用的输出电路中，乙类的效率要比甲类的效率高2-3倍。比如马兰士PM80晶体管功放，在确定的供电电源条件下，工作在乙类时输出功率有100W,而在甲类时只有20W. 甲类功放不存在交越失真，而且不论实际输出功率大小，输出级晶体的内阻均为恒定。而乙类功放总会有一定的交越失真（尽管这种失真可能极小），另外，在大输出时输出级晶体管的内阻较小，但在小输出时输出级晶体管的内阻却比较大。这些不同，造成听感上也有不同，甲类功放的声音相对乙类功放而言比较柔和，另外对音？皇低频控制力也比乙类功放强，尤其是在鰏在曲的旋律，AV功放是比较容易满足的，但是要是对音乐欣赏有较高的要求，一般的AV功放就难于满足了。 甲类功放不存在交越失真，而且不论实际输出功率大小，输出级晶体的内阻均为恒定。而乙类功放总会有一定的交越失真（尽管这种失真可能极小），另外，在大输出时输出级晶体管的内阻较小，但在小输出时输出级晶体管的内阻却比较大。这些不同，造成听感上也有不同，甲类功放的声音相对乙类功放而言比较柔和，另外对音箱的低频控制力也比乙类功放强，尤其是在小音量时低音的质感要好一些。甲类功放的这些特点，使得甲类功放在实际应用中不需要很大的输出功率余量，一台20W-30W的甲类功放已经
仪表放大器电路设计技巧 Charles Kitchin，Lew Counts 美国模拟器件公司 长期以来，为仪表放大器供电的传统方法是采用双电源或双极性电源，这具有允许正负输入摆幅和输出摆幅的明显优势。随著元器件技术的发展，单电源工作已经成为现代仪表放大器一个越来越有用的特性。现在许多数据采集系统都是采用低电压单电源供电。对于单电源系统，有两个至关重要的特性。首先，仪表放大器的输入范围应当在正电源和负电源之间(或接地电压)扩展。其次，放大器的输出摆幅也应当接近电源电压的两端(R-R)，提供一个与电源电压的任一端或地电位相差100mV(或小于100mV)以内的输出摆幅(V-+0.1V～V+-0.1V)。比较起来，一个标准的双电源仪表放大器的输出摆幅只能与电源电压的任一端或地电位相差1V或2V以内。当采用5V 单电源工作时，这些仪表放大器仅具有1V或2V输出电压摆幅，而真正的R-R输出仪表放大器能提供几乎与电源电压一样高的峰峰输出摆幅。另一个重要点是单电源或R-R仪表放大器采用双电源仍能工作(甚至更好)并且通常其工作电源电压比传统的双电源器件低。 电源解耦是一个经常被工程师忽视的重要细节。通常，旁路电容器(典型值为0.1μF)连接在每个IC的电源引脚和地之间。尽管通常情况适合，但是这在实际应用中可能无效或甚至产生比根本没有旁路电容器更坏的瞬态电压。因此考虑电路中的电流在何处产生，从何处返回和通过什麽路径返回是很重要的问题。一旦确定，应当在地周围和其他信号路径周围旁路这些电流。 通常，像运算放大器一样，大多数单片仪表放大器都有其以电源的一端或两端为参考端的积分器并且应当相对输出参考端解耦。这意味著对于每颗晶片在每个电源引脚与仪表放大器的参考端在PCB上的连接点之间应连接一个旁路电容器，如图1所示。 图1、电源旁路的推荐方法 1.输入接地返回的重要性 当使用仪表放大器电路时出现的一个最常见的应用问题是缺乏为仪表放大器的输入偏置电流提供一个DC返回路径。这通常发生在当仪表放大器的输入是容性耦合时。图2示出这样一个电路。
10种运算放大器
各种不同类型的运算放大器介绍 董婷 076112班 一．uA741M ，uA741I ，uA741C （单运放）高增益运算放大器 用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。 这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。目前价格1元/个。 Package 封装 Part Number 零件型号 Temperature Range 工作温 度范围 N D UA741C 0℃ - +70℃ ? ? UA741I -40℃ - +105℃ ? ? UA741M -55℃ - +125℃ ? ? 例如 : UA741CN uA741主要参数 ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大额定值 Symbo l 符号 Parameter 参数 UA741M UA741I UA741C Uni t 单位 VCC Supply voltage 电源电压 ±22 V Vid Differential Input Voltage 差分输入电压 ±30 V Vi Input Voltage 输入电压 ±15 V Ptot Power Dissipation 功耗 500 mW Toper Output Short-circuit Duration 输出 短路持续时间 Infinite 无限制 Operating Free-air Temperature Range 工作温度 -55 to +125 -40 to +105 0 to +70 ℃ Tstg Storage Temperature Range 储存温度范围 -65 to +150
D类数字功放简介 D类功放也叫丁类功放，是指功放管处于开关工作状态的功率放大器。早先在音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地，认为A类功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。但A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。后来效率较高的B类功放得到广泛的应用，然而，虽然效率比A类功放提高很多，但实际效率仍只有50%左右，这在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合，仍感效率偏低不能令人满意。所以，如今效率极高的D类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视，并得到广泛的应用。 一、D类功放的特点与电路组成 1．D类功放的特点 （1）效率高。在理想情况下，D类功放的效率为100%（实际效率可达90%左右）。B类功放的效率为78.5%（实际效率约50%），A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。这是因为D类功放的放大元件是处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。 （2）功率大。在D类功放中，功率管的耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合，输出功率可达数百瓦。 （3）失真低。D类功放因工作在开关状态，因而功放管的线性已没有太大意义。在D 类功放中，没有B类功放的交越失真，也不存在功率管放大区的线性问题，更无需电路的负反馈来改善线性，也不需要电路工作点的调试。 （4）体积小、重量轻。D类功放的管耗很小，小功率时的功放管无需加装体积庞大的散热片，大功率时所用的散热片也要比一般功放小得多。而且一般的D类功放现在都有多种专用的IC芯片，使得整个D类功放电路的结构很紧凑，外接元器件很少，成本也不高。 2．D类功放的组成与原理 D类功放的电路组成可以分为三个部分：PWM调制器、脉冲控制的大电流开关放大器、低通滤波器。电路结构组成如图3.22所示。
ICS 27.120.30 F 85 EJ/T 1139－2001 勘查用γ辐射仪和γ能谱仪性能和测试方 法 γ-ray radiation meters and γ-ray spectrometers used for prospecting-characteristics and test methods 2001－11－15发布 2002－02－01实施 国防科学技术工业委员会 发布 前言 本标准规定勘查用γ辐射仪和γ能谱仪的主要性能和测试方法。本标准是在已发布和实施的产品标准EJ/T 583－91《轻便测井仪》、EJ/T 584－94《勘探用便携式γ辐射仪和γ能谱仪》、EJ/T 585－91《车载γ能谱测量系统》的基础上编制的。 勘查用γ辐射仪和γ能谱仪有多种类型：便携式γ辐射仪和γ能谱仪、γ总量测井仪和γ能谱测井仪、车载γ能谱测量系统以及航空γ能谱测量系统等。而γ能谱仪（包括能谱测量系统）又分四道能谱仪和多道能谱仪。四道即总道、铀道、钍道和钾道，在铀矿勘查中最常用。 便携式γ辐射仪和γ能谱仪由探头和主机（操作台）组成。按结构形式分为一体型（探头和主机组成一体）、分体型（探头和主机用电缆连接起来）。常用的探测器有闪烁探测器（如NaI（Tl））和半导体探测器（如高纯锗、Si（Li）等）。 γ总量测井仪和γ能谱测井仪由下井仪器（探管）和地面仪器组成。下井仪器包括γ辐射探测器及其相应的功能部件和外壳。地面仪器包括绞车、电缆和操作台。 车载γ能谱测量系统包括探测器、γ能谱数据采集和分析系统、以及定位系统等辅助设备。 本标准不涉及航空γ能谱测量系统，其主要性能和测试参见EJ/T 1032－1996《航空伽玛能谱测量规范》附录B和IEC 1334:1992《地面γ辐射航测仪》。 本标准由全国核仪器仪表标准化技术委员会提出。 本标准由核工业标准化研究所归口。 本标准起草单位：核工业北京地质研究院。 本标准主要起草人：张银贵、张彪。 1 范围 本标准规定了勘查用γ辐射仪和γ能谱仪的主要性能和测试方法。 本标准适用于勘查用便携式γ辐射仪和γ能谱仪、γ总量测井仪和γ能谱测井仪、车载γ能谱测量系统。 本标准不适用于航空γ测量系统。 2 规范性引用文件 下列规范性文件中的有关条文通过本标准的引用而成为本标准的条文。下列注明日期或版次的引用文件，其后的任何修改单或修订版本都不适用于本标准，但提倡使用本标准的各方探讨使用其最新版本的可能性。下列未注明日期或版次的引用文件，其最新版本适用于本
实验报告 课程名称：电路与电子技术实验指导老师：成绩： 实验名称：仪用放大器及其应用实验类型：电子电路实验同组学生姓名： 一、实验目的二、实验内容与原理 三、主要仪器设备 四、实验数据记录、处理与分析 五、实验心得 一、实验目的 1．了解仪表放大器与运算放大器的性能区别 2．掌握仪表放大器的电路结构及设计方法 3．掌握仪表放大器的测试方法 4．学习仪表放大器在电子设计中的应用 二、实验内容与原理 仪表放大器时一种高增益放大器，其具有差分输入、单端输出、高输入阻抗及高共模抑制比等特点。仪表放大器采用运算放大器构成，但在性能上与运算放大器有很大的差异。标准运算放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络，因此具有很高的共模抑制比CMR K ，在有共模信号的情况下也能放大很微弱的差分信号。当前在数据采集、医疗仪器、信号处理等电子系统设计中普遍采用仪表放大器对微弱信号进行高精度处理。常用的仪表放大器可采用由三个运算放大器构成，也可直接选用单片仪表放大器。单片仪表放大器具有高精度、低噪声、设计简单等特点以成为优选器件 仪表放大器电路的实现放大主要分为两大类：第一类由单运算放大器（例如集成运放LM424）组合而成，设计出不同的仪表放大器电路，方案之一如下： 由三运算放大器构成的仪表放大器具有以 下特点：输入缓冲电路增加了输入阻抗，差分 电压按[12*(/)]F G R R 的增益系数被放大，而共模信号讲义单位增益通过输入缓冲器，即不增加共模增益和误差；改变滑动变阻器的阻值即可调整差分增益；用实现了输出级点则比率匹配方式调节共模抑制比CMRR 。因为调节电阻的比率比调整电阻的绝对值要容易；另外，由于仪表放大器在结构上的对称性，输入放大器的共模误差将被输出级的减法器消除。因此，仪表放大器常被用来放大桥接传感器的差分输出以及维系哦啊的桥接器输出信号，并同时抑制较大的共模电压。
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。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，看完后有所收获。 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）。
功率放大器的基本知识 一般视听电路中的功率放大（简称功放）电路是在电压放大器之后，把低频信号再进一步放大，以得到较大的输出功率，最终用来推动扬声器放音或在电视机中提供偏转电流。一、功率放大电流的特点 对功放电路的了解或评价，主要从输出功率、效率和失真这三方面考虑。 1、为得到需要的输出功率，电路须选集电极功耗足够大的三极管，功放管的工作电流和集电极电压也较高。电路设计使用中首先要考虑怎样充分地发挥三极管功能而又不损坏三极管。由于电路中功放管工作状态常接近极限值，所以功放电流调整和使用时要小心，不宜超限使用。 2、从能耗方面考虑，功放输出的功率最终是由电源提供的，例如收音机中功放耗电要占整机的2/3，因此要十分注意提高电路效率，即输出功率与耗电功率的比值。 3、功放电路的输入信号已经几级放大，有足够强度，这会使功放管工作点大幅度移动，所以要求功放电路有较大的动态范围。功放管的工作点选择不当，输出会有严重失真。 二、常用功率放大电路的原理 单只三极管输出的功放电路输出小、效率低，日用电器中已很少见。目前常采用的是推挽电路形式。 图1是用耦合变压器的推挽电路原理图。它的特点是三极管静态工作电流接近于零，放大器耗电及少。有信输入时，电路工作电流虽大，但大部分功率都输出到负载上，本身损耗却不大，所以电源利用率较高。这个电路中每只三极管只在信号的半个周期内导通工作，为避免失真，所以采用两只三极管协调工作的方式。图中输入变压器B1的次级有一个接地的中心抽头。在音频信号输入时，B1次级两个大小相等、极性相反的信号分别送到BG1和BG2的发射结。在输入信号的正半周时间里，BG1管因加的是反向偏压而截止，只有BG2能将信号放大，从集电极输出；而在信号负半周，BG1得到正高偏压，能将这半个周期的信号放大输出，而BG2却截止。电路中的两只三极管虽然各自放大了信号的半个同期，但它们的输出电流是分先后通过输出变压器B2的，所以在B2的次级得到的感应电流又能全成一个完整的输出信号。 这个功放电路中，为了解决阻抗匝配和信号相位等问题，输入与输出变压器是不可少的。但是，优质变压器的制作在材料和工艺上都比较困难，它本身总还要消耗一部分能量，降低电路的效率，而且变压器的频率特性不好，使电路对不同频率信号输出很不均匀，会造成失真，所以为了提高功放质量，人们更多地使用无变压器（OTL）功率放大电路。 图2是互补对称推挽功放电路原理图。这里用了两只放大性能相同，而导电极性相反的三极管（称为互补管）。图中BG1是NPN管。放大器输入交流信号的正半周时，对BG1管来说，基极电压为正极性，发射极为负极性，发射结有正向偏压，三极管能够工作。但BG2却因发射结加了反向偏压而截止。因此，信号的正半周由BG1管放大。在信号负半周时，情形正相反，BG2管能够工作，将信号的负半周放大。放大后的信号由两只三极管轮流送
运放参数解析定义大全 一、单位增益带宽GB 单位增益带宽定义为：运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db（或是相当于运放输入信号的0.707）所对应的信号频率。单位增益带宽是一个很重要的指标，对于正弦小信号放大时，单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积，换句话说，就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增益后，可以计算出单位增益带宽，用以选择合适的运放。这用于小信号处理中运放选型。 二、运放的带宽是表示运放能够处理交流信号的能力 对于小信号，一般用单位增益带宽表示。单位增益带宽，也叫做增益带宽积，能够大致表示运放的处理信号频率的能力。例如某个运放的增益带宽 =1MHz，若实际闭环增益=100，则理论处理小信号的最大频率 1MHz/100=10KHz。 对于大信号的带宽，即功率带宽，需要根据转换速度来计算。 对于直流信号，一般不需要考虑带宽问题，主要考虑精度问题和干扰问题。 1、运放的带宽简单来说就是用来衡量一个放大器能处理的信号的频率范围，带宽越高，能处理的信号频率越高，高频特性就越好，否则信号就容易失真，不过这是针对小信号来说的，在大信号时一般用压摆率（或者叫转换速率）来衡量。 2、比如说一个放大器的放大倍数为n倍，但并不是说对所有输入信号的放大能力都是n倍，当信号频率增大时，放大能力就会下降，当输出信号下降到原来输出的0.707倍时，也就是根号2分之一，或者叫减小了3dB，这时候信号的频率就叫做运放的带宽。 3、当输出信号幅度很小在0.1Vp-p以下时，主要考虑增益带宽积的影响。 就是Gain Bandwidth=放大倍数*信号频率。 当输出信号幅度很大时，主要考虑转换速率Sr的影响，单位是V/uS。 在这种情况下要算功率带宽，FPBW=Sr/2πVp-p。 也就是在设计电路时要同时满足增益带宽和功率带宽。
深圳市优测科技有限公司 SHENZHEN UTEST SCIENCE TECHNOLOGY CO.,LTD 我司隆重推出高性能的PA3000功率放大器和PAM 功率放大器模块系列产品。宽带功率放大器广泛应用于科学研究、教学、产品研发的各个领域，如新材料研究、超声波和压电陶瓷、磁性材料和元件、声纳和声学、半导体测试、振动和力学研究等。 功率放大器 PA3000系列 特点：?大功率260V A ?高带宽1MHz ?简洁易用的面板设计 ?输出短路及过流保护功能完善且自行恢复功能?独有电压电流双表头指示 ?独有电压电流双通道监控输出，用户不需要另外购买电流电压探头也可以监测电压电流波形?独有双通道信号输入端子，用户可以任意叠加双通道信号?独有直流偏置调节功能 ?独有桥式功放连接功能，两台功放联接可以出最高520V A 的功率? 高效率低噪声的开关电源供电，体积小重量轻，可靠性高 PA3016 PA3018PA3026PA3028功率带宽DC-1MHz DC-1MHz DC-500kHz DC-500kHz 最大输出电压150Vpp/±75V 150Vpp/±75V 300Vpp/±150V 300Vpp/±150V 最大输出电流 2.5Arms/7App 5Arms/14App 1.25Arms/3.5App 2.5Arms/7App 最大输出功率130VA 260VA 130VA 260VA 转换速率 400V/μs 400V/μs 450V/μs 450V/μs
深圳市优测科技有限公司 SHENZHEN UTEST SCIENCE TECHNOLOGY CO.,LTD 功率放大器模块PAM 系列 特点：?专为用户安装在产品上使用，低成本，小体积 ?高集成度，用户只要添加少量元件就是一个完善的功率放大器?可提供完整的参考设计，方便用户快速设计产品?全系列模块均有过流保护设计?最大电流10A ?最大电压200V ? 最大功率带宽300kHz PAM06 PAM07PAM08最大电压200V 100V 200V 最大电流10A 10A 10A 最大耗散功率125W 125W 100W 功率带宽40kHz 40kHz 300kHz 转换速率 10V/μs 10V/μs 170V/μs
【实验目的】 1.研究电荷灵敏前置放大器的放大特性； 2.学习测试变换增益、噪声和噪声斜率的方法； 3.了解电荷灵敏前置放大器外壳屏蔽的重要性。 【实验仪器】 我们以FH1047型电荷灵敏前置放大器为实验对象，现将其有关问题做一介绍：1．框图、线路图： （1）框图： （2）线路图（供参考） 【实验内容】 1．测电荷灵敏前置放大器变换增益A 和衰减时间常数。 （1）测试原理： 实验线路如下图所示：
在前放的检验端输入幅度为V i （带负载情况下的幅度）的负阶跃脉冲，则输入电荷Q i ＝i C V C 。输入电流则近似为冲击电流Q i δ（t ）。测出输出幅度V o ，则变换增益为： o o c i c i V V A Q C V = = 测量输出信号下降时间常数即为前放输出脉冲衰减时间常数。本前放pf 1C ,pf 1C ,10R c f 9f ==Ω=，最大输出幅度2V 。将信号发生器输出幅度调为约为2V （2）理论思考： ① 检验内容（测试电容）c C 的作用是什么？其值影响前放的c A 吗？对一定的i V 、o V 受 c C 的影响吗？ 将输入的电压信号转变为电流冲击信号，不影响前放的c A ，有影响 例如：若pf 5.0C c =和2pf 时，想V o 接近额定值2V ，V i 各该选多大？ pf 5.0C c =，V i =4V ；2pf ，V i =1 V ② V i 的极性、幅度、脉宽及周期的上、下限应如何考虑？ 极性：负极性 a. 若V i 如下图，V o 该如何？ b.若V i 如下图，V o 又该如何？ 答：这两个图的差别主要是输出信号是否能在一个水平端完成衰减，因为我们要测量时间常数，所以选择a ，让输出信号有足够的时间稳定下来。 为方便f f f C R =τ= 1ms 的测试，你选上述a 、b 中的哪种V i ？【a 】 （思考：对 指数衰减信号)(t V o 可用公式表示为： τ t M o e V t V - =)( 那么经过τ=t 时间，M M t M o V e V e V t V 37.0)(≈= =-τ ，可否利用此结果来测出τ？ 答：可以，用示波器的幅度和时间测量可以完成该测量。 有的同学想用 2.2r t τ=，那么在我们实验中r t 应如何读取？此时对波形有什么要求？ 答：r t 应该选取从信号幅度90%降到10%的一段。需要注意的是，本次实验中，在测量这个参数的时候，应该把输入信号的前端t s 调的小一点，让信号完全降到0位置，然后再通过示波器去测量，这样结果更加准确。 2．用示波器或高频毫伏表测前放的噪声和噪声斜率