【正文】 六、信噪比(S/N)又稱為訊噪比，信號(hào)的有用成份與雜音的強(qiáng)弱對(duì)比，常常用分貝數(shù)表示。設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。七、阻抗匹配一件器材的輸出阻抗和所連接的負(fù)載阻抗之間所應(yīng)滿足的某種關(guān)系，以免接上負(fù)載后對(duì)器材本身的工作狀態(tài)產(chǎn)生明顯的影響。對(duì)電子設(shè)備互連來說，例如信號(hào)源連放大器,前級(jí)連后級(jí)，只要后一級(jí)的輸入阻抗大于前一級(jí)的輸出阻抗5~10倍以上，就可認(rèn)為阻抗匹配良好；對(duì)于放大器連接音箱來說，電子管機(jī)應(yīng)選用與其輸出端標(biāo)稱阻抗相等或接近的音箱，而晶體管放大器則無此限制，可以接任何阻抗的音箱。 前置放大器及功率放大器的相關(guān)知識(shí)一、前置放大器前置放大器是指置于信源與放大器級(jí)之間的電路或電子設(shè)備， 用于放大信號(hào)、降低噪聲干擾、提高信號(hào)靈敏度, 使系統(tǒng)獲得所需的數(shù)據(jù)信息。前置電路的噪聲干擾, 對(duì)后級(jí)的影響極大[4]。低噪聲前置放大電路的影響因素[4]( 1 )電導(dǎo)體內(nèi)電流的電子能量不規(guī)則波動(dòng)產(chǎn)生的具有寬帶特性的熱噪聲； ( 2 )由于晶體表面不斷產(chǎn)生或整合載流子而產(chǎn)生的閃爍噪聲；( 3 )由半導(dǎo)體內(nèi)具有粒子特性的電流載流子所產(chǎn)生肖特基噪聲。低噪聲放大電路的設(shè)計(jì)要求[4]為保證微弱的接受信號(hào)不被環(huán)境和電路內(nèi)部固有噪聲所淹沒[79]，所以必須要求： ( 1 )足夠的增益和頻帶寬度； ( 2 )良好的增益線性，較小的失真； ( 3 )較低的輸入阻抗； ( 4 )降低電路元件內(nèi)部噪聲；( 5 )降低輸入電阻的熱噪聲。二、功率放大器[10] 功率放大器的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的電壓和電流放大；功率放大器隨著科技的進(jìn)步是不斷發(fā)展的，從最初的電子管功率放大器到現(xiàn)在的集成功率放大器，功率放大器經(jīng)歷了幾個(gè)不同的發(fā)展階段：電子管功放 晶體管功放 集成功放。低頻、超低頻放大器的工作頻率范圍是: 10~ 300 kHz。此頻段放大器具有廣泛的用途, 主要應(yīng)用有： ( 1 ) 軍事通信，用于國家軍事指揮系統(tǒng)，將指揮命令調(diào)制到載波信號(hào)上，用功率放大器放大到所需要的等級(jí)，再傳輸?shù)教炀€上發(fā)射出去；( 2 ) 導(dǎo)航，用于羅蘭C 等遠(yuǎn)程精確定位導(dǎo)航；( 3 ) 低頻時(shí)碼授時(shí)發(fā)送， 用于國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的發(fā)布， 將標(biāo)準(zhǔn)原子鐘產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息，如： 年、月、日、時(shí)、分、秒、毫秒、微秒等經(jīng)編碼、調(diào)制到載波信號(hào)上，再用功率放大器放大到一定功率，傳輸送到天線上發(fā)射出去；( 4 )高頻加熱，用于各種工業(yè)加熱，如鋼管、鉛管的高頻焊接，將載波放大到較大功率，經(jīng)匹配器送給焊槍進(jìn)行各種焊接；( 5 )海洋探測(cè)，將一定功率的低頻、超低頻放大器定向發(fā)送至海水中，接收反射回波，像雷達(dá)一樣，對(duì)海洋進(jìn)行探測(cè)，如深海探礦等。對(duì)于了解、利用海洋資源具有深遠(yuǎn)的意義，從而被推廣使用。( 6 ) 醫(yī)療設(shè)備，低頻、超低頻波段的放大器由于其波長特性，對(duì)人身有較好的作用，目前有許多低頻、超低頻醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用，如肌肉拉傷后的恢復(fù)治療、腫瘤加熱治療等。低頻、超低頻放大器隨著應(yīng)用的發(fā)展，所需要的功率等級(jí)越來越大，從20 世紀(jì)50~ 60 年代的幾十千瓦到現(xiàn)在的幾百千瓦、幾兆瓦，尤其是軍事和高頻加熱領(lǐng)域，幾兆瓦的需求比比皆是，放大器的功率從小到大，到超大功率在迅猛地發(fā)展。低頻、超低頻放大器的實(shí)現(xiàn)途徑超大功率等級(jí)的低頻、超低頻放大器，由末級(jí)功率器件及放大電路決定的，可以有下述4 種途徑實(shí)現(xiàn)：( 1 ) 用電子管為功率放大器件的模擬放大器；( 2 ) 用電子管為功率放大器件的開關(guān)放大器；( 3 ) 用充氫閘流管為功率放大器件的開關(guān)放大器；( 4 ) 用固態(tài)晶體管為功率放大器件的開關(guān)放大器。 4 種大功率放大器( 1 )用電子管為功率放大器的模擬放大器用電子管作為末級(jí)放大器件，采用模擬放大技術(shù)被廣為應(yīng)用多年，是經(jīng)典、成熟的技術(shù)，被世界各國使用至今。( 2 ) 用電子管作為功率放大器件的開關(guān)放大器近幾年，俄羅斯成功研制了電子管開關(guān)放大器，并已投入使用，美國也有相關(guān)產(chǎn)品的介紹，而我國還是空白。( 3 ) 用充氫閘流管為功率器件的開關(guān)放大器在俄羅斯，俄羅斯專家采用原本應(yīng)用于雷達(dá)設(shè)備領(lǐng)域的大功率充氫閘流管作為功率器件的放大器，用作無線電發(fā)送設(shè)備。我國也引進(jìn)了這種技術(shù)，研制出兆瓦級(jí)設(shè)備， 現(xiàn)已投入使用。已投入使用的兆瓦級(jí)設(shè)備采用了俄羅斯2 1000/ 30型充氫閘流管。其特點(diǎn)是：脈沖電流大，板級(jí)電壓高，重復(fù)頻率低，平均電流小。無法直接像三極管、四極管模擬或開關(guān)放大器應(yīng)用。采用多單元輪流工作的方法可以有效提升工作頻率；采用正負(fù)雙極性電源，可降低板級(jí)電壓； 采用每臂2 只管子并聯(lián)使用，可保障陽極平均電流控制在合理范圍；采用內(nèi)接交叉限幅二極管，保障充氫閘流管板級(jí)及充放電電容電壓安全工作，又可使放大器更好地適應(yīng)負(fù)載變化。( 4 ) 用固態(tài)晶體管為功率器件的開關(guān)放大器隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，尤其是電力電子器件的發(fā)展，固態(tài)器件的耐壓、電流以至工作頻率均有增加，為固態(tài)大功率放大器提供了極好的條件，故近年來，固態(tài)放大器有了長足的發(fā)展，兆瓦級(jí)的放大器和加熱設(shè)備都有產(chǎn)品出現(xiàn)。 前置放大器的噪聲在設(shè)計(jì)低噪聲前置放大器之前，我們必須仔細(xì)審視源自放大器的噪聲，一般來說，運(yùn)算放大器的噪聲主要來自四個(gè)方面：1. 熱噪聲 (Johnson)：由于電導(dǎo)體內(nèi)電流的電子能量不規(guī)則波動(dòng)產(chǎn)生的具有寬帶特性的熱噪聲，其電壓均方根值的正方與帶寬、電導(dǎo)體電阻及絕對(duì)溫度有直接的關(guān)系。對(duì)于電阻及晶體管(例如雙極及場(chǎng)效應(yīng)晶體管)來說，由于其電阻值并非為零，因此這類噪聲影響不能忽視。2. 閃爍噪聲(低頻)：由于晶體表面不斷產(chǎn)生或整合載流子而產(chǎn)生的噪聲。在低頻范圍內(nèi)，這類閃爍以低頻噪聲的形態(tài)出現(xiàn)，一旦進(jìn)入高頻范圍，這些噪聲便會(huì)變成“白噪聲”。閃爍噪聲大多集中在低頻范圍，對(duì)電阻器及半導(dǎo)體會(huì)造成干擾，而雙極芯片所受的干擾比場(chǎng)效應(yīng)晶體管大。3. 射擊噪聲(肖特基)：肖特基噪聲由半導(dǎo)體內(nèi)具有粒子特性的電流載流子所產(chǎn)生，其電流的均方根值正方與芯片的平均偏壓電流及帶寬有直接的關(guān)系。這種噪聲具有寬帶的特性。4. 爆玉米噪聲(popcorn frequency)：半導(dǎo)體的表面若受到污染便會(huì)產(chǎn)生這種噪聲，其影響長達(dá)幾毫秒至幾秒，噪聲產(chǎn)生的原因仍然未明，在正常情況下，并無一定的模式。生產(chǎn)半導(dǎo)體時(shí)若采用較為潔凈的工藝，會(huì)有助減少這類噪聲。此外，由于不同運(yùn)算放大器的輸入級(jí)采用不同的結(jié)構(gòu)，因此晶體管結(jié)構(gòu)上的差異令不同放大器的噪聲量也大不相同。下面是兩個(gè)具體例子。雙極輸入運(yùn)算放大器的噪聲：噪聲電壓主要由電阻的熱噪聲以及輸入基極電流的高頻區(qū)射擊噪聲所造成，低頻噪聲電平大小取決于流入電阻的輸入晶體管基極電流產(chǎn)生的低頻噪聲；噪聲電流主要由輸入基極電流的射擊噪聲及電阻的低頻噪聲所產(chǎn)生。供電電壓Spec@5V，TJ=25C@1KHz@1KHz最低（V）最高（V）增益帶寬積（GBWF）補(bǔ)償電壓（Vos）（最高）nV/p/LMV7515MHz1mV1nVLMV721/210 MHz3 mV3 nVLMV771 MHz mV mVCMOS 輸入運(yùn)算放大器的噪聲：噪聲電壓主要由高頻區(qū)通道電阻的熱噪聲及低頻區(qū)的低頻噪聲所造成，CMOS 放大器的轉(zhuǎn)角頻率(corner frequency)比雙極放大器高，而寬帶噪聲也遠(yuǎn)比雙極放大器高；噪聲電流主要由輸入門極漏電的射擊噪聲所產(chǎn)生，CMOS 放大器的噪聲電流遠(yuǎn)比雙極放大器低，但溫度每升高10C，其噪聲電流便會(huì)增加約40%。 低通濾波器簡(jiǎn)介 低通濾波器的介紹濾波器是一種能使有用信號(hào)通過，濾除信號(hào)中的無用頻率，即抑制無用信號(hào)的電子裝置。低通濾波器是容許低于截止頻率的信號(hào)通過，但高于截止頻率的信號(hào)不能通過的電子濾波裝置。而低通濾波器又可以分為無源低通濾波器和有源低通濾波器。無源低通濾波器僅由無源元件（電阻、電容、電感）組成，而有源濾波器則由無源元件和有源元件（雙極型管、單極性管、集成運(yùn)放）共同組成。有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。低通濾波器是一個(gè)通過低頻信號(hào)而衰減或抑制高頻信號(hào)的部件。理想濾波器電路的頻響在通帶內(nèi)應(yīng)具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內(nèi)其幅值應(yīng)為零。但實(shí)際濾波器不能達(dá)到理想要求。為了尋找最佳的近似理想特性，本文主要著眼于幅頻響應(yīng)，而不考慮相頻響應(yīng)。一般來說，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。濾波器的階數(shù)越高[6]，幅頻特性衰減的速率越快，但RC網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計(jì)算越繁瑣，電路的調(diào)試越困難。任何高階濾波器都可由一階和二階濾波器級(jí)聯(lián)而成。對(duì)于n為偶數(shù)的高階濾波器，可以由n/2節(jié)二階濾波器級(jí)聯(lián)而成；而n為奇數(shù)的高階濾波器可以由(n1)/2節(jié)二階濾波器和一節(jié)一階濾波器級(jí)聯(lián)而成，因此一階濾波器和二階濾波器是高階濾波器的基礎(chǔ)。一、濾波器的性能參數(shù)通帶截止頻率fp、通帶增益Avp。通帶增益Avp通帶增益是指濾波器在通頻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，性能良好的LPF通帶內(nèi)的幅頻特性曲線是平坦的，阻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)基本為零。通帶截止頻率fp其定義與放大電路的上限截止頻率相同，通帶與阻帶之間稱為過渡帶，過渡帶越窄，說明濾波器的選擇性越好。二、簡(jiǎn)單一階低通有源濾波器一階低通濾波器的電路，特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，阻帶衰減太慢，選擇性較差。當(dāng)f = 0Hz時(shí)，電容可視為開路，一階低通濾波器的傳遞函數(shù)與一階RC低通環(huán)節(jié)的增益頻率表達(dá)式差不多，只是缺少通帶增益Avp這一項(xiàng)。三、簡(jiǎn)單二階低通有源濾波器為了使輸出電壓在高頻段以更快的速率下降，以改善濾波效果，再加一節(jié)RC低通濾波環(huán)節(jié)，稱為二階有源濾波電路。它比一階低通濾波器的濾波效果更好。 有源濾波器的設(shè)計(jì)有源濾波器的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)所給定的指標(biāo)要求，確定濾波器的階數(shù)n，選擇具體的電路形式，算出電路中各元件的具體數(shù)值，安裝電路和調(diào)試，使設(shè)計(jì)的濾波器滿足指標(biāo)要求，具體步驟如下：（1）根據(jù)阻帶衰減速率要求，確定濾波器的階數(shù)n。（2）選擇具體的電路形式。（3）根據(jù)電路的傳遞函數(shù)和歸一化濾波器傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式，建立起系數(shù)的方程組。（4）解方程組求出電路中元件的具體數(shù)值。（5）安裝電路并進(jìn)行調(diào)試，使電路的性能滿足指標(biāo)要求。 芯片及軟件介紹　3 芯片及軟件介紹 UA741集成運(yùn)放簡(jiǎn)介 UA741管腳圖。UA741芯片是高增益運(yùn)算放大器，常用于軍事，工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。741型運(yùn)算放大器具有廣泛的模擬應(yīng)用。寬范圍的共模電壓和無阻塞功能可用于電壓跟隨器。高增益和寬范圍的工作電壓特點(diǎn)在積分器、加法器和一般反饋應(yīng)用中能使電路具有優(yōu)良性能。此外，它還具有如下特點(diǎn)：（1）無頻率補(bǔ)償要求；（2）短路保護(hù)；（3）失調(diào)電壓調(diào)零；（4）大的共模、差模電壓范圍；（5）低功耗。第2管腳是負(fù)輸入端；第3管腳是同相端輸入端；第4和第7管腳分別為負(fù)直流源和正直流源輸入端；第6管腳為輸出端；第8管腳是懸空端；第1管腳和第5管腳是為提高運(yùn)算精度。 T=25oC，U+= +15V，U+= 15V參數(shù)名稱測(cè)試條件最小典型最大單位輸入失調(diào)電壓Rs≤10kΩmV輸入失調(diào)電流20200nA輸入偏置電流80500nA輸入電阻MΩ輸入電容pF大信號(hào)電壓增益RL≥2 kΩ，UO≥177。10V50k200k輸出電阻75Ω輸出短路電流25mA電源電流mA功耗5085mW轉(zhuǎn)換速率RL≥2kΩV/ms共模抑制比Rs≤10kΩ，UCM=177。12V7090dB增益帶寬乘積1MHz在運(yùn)算前，應(yīng)首先對(duì)直流輸出電位進(jìn)行調(diào)零，即保證輸入為零時(shí)，輸出也為零。當(dāng)運(yùn)放有外接調(diào)零端子時(shí)，可按組件要求接入調(diào)零電位器，調(diào)零時(shí)，將輸入端接地，調(diào)零端接入電位器，用直流電壓表測(cè)量輸出電壓Uo，細(xì)心調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使Uo為零（即失調(diào)電壓為零）。如果一個(gè)運(yùn)放如不能調(diào)零，大致有如下原因：（1）組件正常，接線有錯(cuò)誤。（2）組件正常，但負(fù)反饋不夠強(qiáng)，為此可將其短路，觀察是否能調(diào)零。（3）組件正常，但由于它所允許的共模輸入電壓太低，可能出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，因而不能調(diào)零。為此可將電源斷開后，再重新接通，如能恢復(fù)正常，則屬于這種情況。（4）組件正常，但電路有自激現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行消振。（5）組件內(nèi)部損壞，應(yīng)更換好的集成塊。 NE5532集成運(yùn)放簡(jiǎn)介 NE5532集成運(yùn)放管腳圖 NE5532是高性能低噪聲雙運(yùn)放，它具有較好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)與電源帶寬。用作音頻放大時(shí)音色溫暖，保真度高，在上世紀(jì)九十年代初的音響界被發(fā)燒友們譽(yù)為“運(yùn)放之皇”。（1）小信號(hào)帶寬：10MHz； （2）輸出驅(qū)動(dòng)能力：600?，10V； （3）輸入噪聲電壓：5nV/√HZ（典型值） ； （4）DC 電壓增益：50000； （5）AC 電壓增益：10KHz 時(shí) 2200； （6）電源帶寬：140KHz； （7）轉(zhuǎn)換速率：9V/μS； （8）大電源電壓范圍：177。3～177。20V。NE5532極限參數(shù)：電源電壓：Vs …………………… 177。22V 輸入電壓：VIN …………………… 177。V電源 V 差分輸入電壓：VDIFF …………………… 177。5V 工作溫度范圍：TA …………………… 0℃～70℃ 存貯溫度：TSTG ……