放大器选择标准对于PCB设计师而言

已创建：December 6, 2019
已更新：July 1, 2024

如果您回想起早期的电子课程，可能每个人都对经典的741运算放大器比较熟悉。然而，当涉及到特殊应用时，可用放大器的范围足以让任何设计师头晕目眩。一旦您理解了不同放大器如何引用不同的规格，就更容易确定最适合您应用的放大器。我们编制了一份对PCB设计师来说重要的放大器选择标准列表。

放大器类别

所有放大器都被划分为不同的类别，这决定了它们在不同应用中的用途。以下是5种常见的放大器类别：

类别A。 这些放大器旨在高度线性，并且始终处于偏置开启状态。因此，它们不适用于高功率应用，因为它们将消耗比其他类别的放大器更多的功率。
类别B。 这些放大器被设计为类别A放大器的更高效替代品。然而，因为它们使用FETs，这需要一些最小输入来开启晶体管，它们不能完美复制输入波形，在较低输入信号强度时产生一些失真。这被称为交叉失真。
类别AB。 这些放大器可以说是用于广泛应用的最常用放大器。它们提供比类别A放大器更高的效率，且没有交叉失真。它们还具有可比的线性范围。
类别C。 这些放大器更常用于RF应用。它们可以设计有宽带宽，这得益于使用内部LC谐振电路或其他电路在高频率下提供强增益。然而，它们的线性比上述放大器类别要低。
类别D。 这些放大器使用某种形式的PWM来控制输出。输出通过输出处的低通滤波器转换回模拟信号。它们经常用于电机控制应用，通过将输出转换为更高频率的PWM信号。

示例 D类音频放大器

请注意，还有许多其他类别的放大器，具有各种专业化水平。无论您选择使用哪一类放大器，您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

在选择用于处理模拟信号的放大器时，请注意以下规格：

开环和闭环电压增益。 开环增益实际上告诉你你的放大器可以产生的最大增益。实际上，一旦应用了反馈，你将测量闭环增益。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形。
线性范围。 引用这个值有几种方法。输入信号和输出信号之间的关系从来不是完全线性的，但在许多应用中可以接近线性。这可以指定为输入信号水平的范围（通常以dBm为单位）或作为最大输入值与某些相关的失真值。
动态范围。 这仅仅是最小和最大可能输出值之间的差异。最低值受噪声底限制，而最高值受线性输入范围限制。一般来说，动态范围是DR = SNR + 1。
带宽。 对于通用放大器，这实际上与上升时间有关，即电路切换所需的时间（从10%到90%）。这将限制放大器中有用频率的范围（见下面这个列表的注释）。
斜率。 这是输出变化的速率，通常以V/us或V/ns表示。
共模抑制比。 这是放大器拒绝两个输入端共同存在的共模噪声的能力。
效率。 这个数字实际上是关于作为热量耗散的功率量的陈述。更高效的放大器以较低的功率分数作为热量耗散。
输入。 放大器可以是完全单端的或完全差分的（即，差分输入和差分输出）。

以上所有参数都将是输入频率的函数。专用放大器将具有在特定频率范围内指定的带宽。确保带宽与感兴趣的频率范围重叠。对于特定应用中使用的放大器，还有其他重要规格。

功率放大器

所有功率放大器（通常为B类、C类或AB类）都设计为在其非线性压缩点附近运行，并且在操作期间将耗散大量功率。一般来说，随着温度的增加，放大器的功率输出将减少；高质量稳定的放大器应该在整个操作温度范围内提供小于1 dB的功率输出下降。其他规格应展示类似的稳定性。

在选择功率放大器时，无论是针对特定应用还是通用应用，之前列出的要点仍然需要考虑。然而，功率放大器已经为不同的应用进化，不同放大器的规格适应于与这些专业应用工作的设计师。一个很好的例子是在射频功率放大器中，不同频段的放大器基于不同的半导体工艺。

这些放大器的固有非线性将在操作过程中导致一些意外效果。来自音频社区的设计师可能熟悉总谐波失真(THD)或总谐波失真加噪声(THD+N)。谐波失真是一种非线性效应，其中所需信号的高阶谐波出现在输出中。您的功率放大器应具有尽可能低的THD或THD+N水平（通常以百分比表示）。

用于处理频率调制信号的功率放大器通常以第三阶截止点（3OIP）的形式指定失真。功率放大器的非线性特性将产生高阶谐波和互调产物，这些互调产物由于不同频率之间的非线性频率混合而产生。这些互调产物以边带的形式出现在放大器的输出频谱中。这种由于非线性引起的失真水平也被称为互调失真（IMD），在射频社区之外也是如此。