【文章內容簡介】 重復頻率低 ， 平均電流小。無法直接像三極管、四極管模擬或開關放大器應用。采用多單元輪流工作的方法可以有效提升工作頻率 ； 采用正負雙極性電源 ， 可降低板級電壓 ； 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 ； 采用內接交叉限幅二極管 ， 保障充氫閘流管板級及充放電電容電壓安全工作 ， 又可使放大器更好地適應負載變化。 ( 4 ) 用固態(tài)晶體管為功率器件的開關放大器 隨著半導體器件的發(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 ， 兆瓦級的放大器和加熱設備都有產(chǎn)品出現(xiàn)。 前置放大器的 噪聲 在設計低噪聲前置放大器之前，我們必須仔細審視源自放大器的噪聲，一般來說，運算放大器的噪聲主要來自四個方面： 1. 熱噪聲 (Johnson)：由于電導體內電流的電子能量不規(guī)則波動產(chǎn)生的 基礎知識介紹 10 具有寬帶特性的熱噪聲，其電壓均方根值的正方與帶寬、電導體電阻及絕對溫度有直接的關系。對于電阻及晶體管 (例如雙極及場效應晶體管 )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，這類閃爍以低頻噪聲的形態(tài)出現(xiàn)，一旦進入高頻范圍，這些噪聲便會變成 “白噪聲 ”。 閃爍噪聲大多集中在低頻范圍，對電阻器及半導體會造成干擾，而雙極芯片所受的干擾比場效應晶體管大。 3. 射擊噪聲 (肖特基 )：肖特基噪聲由半導體內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系。這種噪聲具有寬帶的特性。 4. 爆玉米噪聲 (popcorn frequency)：半導體的表面若受到污染便會產(chǎn)生這種 噪聲，其影響長達幾毫秒至幾秒，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)半導體時若采用較為潔凈的工藝，會有助減少這類噪聲。 此外，由于不同運算放大器的輸入級采用不同的結構，因此晶體管結構上的差異令不同放大器的噪聲量也大不相同。下面是兩個具體例子。 雙極輸入運算放大器的噪聲：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。 基礎知識介紹 11 表 CMOS 輸入運算放大器的噪聲：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 放大器的轉角頻率 (corner frequency)比雙極放大器高，而寬帶噪聲也遠比雙極放大器高；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比雙極放大器低，但溫度每升高 100 C，其 噪聲電流便會增加約 40%。 低通 濾波器簡介 低通 濾波器的介紹 濾波器是一種能使有用信號通過，濾除信號中的無用頻率，即抑制無用信號的電子裝置。 低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過，但高于截止頻率的信號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、集成運放）共同組成。 有源濾波器實際上是一種具有特定頻率響應的放大器。 低通濾波器是一個通過低頻信 號而衰減或抑制高頻信號的部件。 理想濾波器電路的頻響在通帶內應具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內其幅 供電電壓 Spec@5V， TJ=25? C n?@1KHz ni @1KHz 最低（ V） 最高（ V） 增益帶寬積（ GBWF） 補償電壓（ Vos）（最高） nV/ zH p/ Hz LMV751 5MHz 1mV 1nV LMV721/2 10 MHz 3 mV 3 nV LMV771 MHz mV mV 基礎知識介紹 12 值應為零。但實際濾波器不能達到理想要求。為了尋找最佳的近似理想特性，本文主要著眼于幅頻響應，而不考慮相頻響應。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)絡節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計算越繁瑣，電路的調試越困難。任何高階濾波器都可由一階和二階濾波器級聯(lián)而成。對于 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。 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的電壓放大倍數(shù)，性能良好的 LPF通帶內的幅頻特性曲線是平坦的，阻帶內的電壓放大倍數(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、 簡單一階低通有源濾波器 一階低通濾波器的電路，特點是電路簡單，阻帶衰減太慢，選擇性較差。當 f = 0Hz 時，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)的增益頻率表達式差不多，只是缺少通帶增益 Avp 這一項。 三、 簡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。 基礎知識介紹 13 有源濾波器的設計 有源濾波器的設計，就是根據(jù)所給定的指標要求，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 ，安裝電路和調試，使設計的濾波器滿足指標要求，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）安裝電路并進行調試，使電路的性能滿足指標要求。 芯片 及軟件介紹 14 3 芯片及軟件介紹 UA741 集成運放簡介 圖 UA741管腳圖 UA741管腳圖為圖 。 UA741芯片是 高增益運算放大器， 常 用于軍事，工業(yè)和商業(yè)應用。 741型運算放大器具有廣泛的模擬應用。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在積分器、加法器和一般反饋應用中能使電路具有優(yōu)良性能。此外，它還具有如下特點： （ 1）無頻率補償要求；（ 2）短路保護；（ 3）失調電壓調零；（ 4）大的共模、 差模電壓范圍；（ 5）低功耗。 第 2管腳是負輸入端； 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 為提高運算精度 。 741 型運算放大器的典型性能參數(shù)如表 。 芯片 及軟件介紹 15 表 T=25oC， U+= +15V， U+= 15V 參數(shù)名稱 測試條件 最小 典型 最大 單位 輸入失調電壓 Rs≤ 10kΩ mV 輸入失調電流 20 200 nA 輸入偏置電流 80 500 nA 輸入電阻 MΩ 輸入電容 pF 大信號電壓增益 RL≥ 2 kΩ， UO≥177。 10V 50k 200k 輸出電阻 75 Ω 輸出短路電流 25 mA 電源電流 mA 功耗 50 85 mW 轉換速率 RL≥ 2kΩ 共模抑制比 Rs≤ 10kΩ， UCM=177。 12V 70 90 dB 增益帶寬乘積 1 MHz 在運算前，應首先對直流輸出電位進行調零，即保證輸入為零時，輸出也為零。當運放有外接調零端子時，可按組件要 求接入調零電位器，調零時，將輸入端接地，調零端接入電位器，用直流電壓表測量輸出電壓 Uo，細心調節(jié) 調零電位器 ，使 Uo為零（即失調電壓為零）。 如果一個運放如不能調零，大致有如下原因： （ 1） 組件正常，接線有錯誤。 （ 2） 組件正常，但負反饋不夠強，為此可將 其 短路，觀察是否能調零。 （ 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，因而不能調零。為此可將電源斷開后，再重新接通，如能恢復正常，則屬于這種情況。 （ 4） 組件正常，但電路有自激現(xiàn)象，應進行消振。 芯片 及軟件介紹 16 （ 5） 組件內部損壞，應更換好的集成塊。 NE5532 集成運放簡介 圖 NE5532 集成運放管腳圖 NE5532 是高性能低噪聲雙運放，它具有較好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅動能力及相當高的小信號與 電源 帶寬。用作音頻放大時音色溫暖，保真度高，在上世紀九十年代初的 音響 界被發(fā) 燒友們譽為 “運放之皇 ”。 （ 1）小信號帶寬： 10MHz； （ 2）輸出驅動能力： 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 2200； （ 6）電源帶寬： 140KHz； （ 7）轉換速率： 9V/μS； （ 8）大電源電壓范圍： 177。3 ～ 177。20V。 NE5532 極限參數(shù)： 芯片 及軟件介紹 17 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 …………………… 65℃ ～ 150℃ 結溫： Tj …………………… 150 ℃ 功耗（ 5532FE） ： PD …………………… 1000mW 引線溫度（焊接， 10S） …………………… 300 ℃ 直流電氣參數(shù)：如表 所示。 交流電氣參數(shù)：如表 所示。 表 直流電氣參數(shù)（若無特別說明， Vs=177。15V TA=25℃ ） 參數(shù)名稱 測試條件 SE5532/5532A NE5532/5532A 單位 最小值 典型值 最大值 最小值 典型值 最大值 失調電壓 VOS (△ VOS/△ T) 過溫 2 4 mV 3 5 mV 5 5 μV/℃ 失調電流 IB (△ IOS/△ T) 過溫 100 10 150 nA 200 200 nA 200 200 PA/℃ 輸入電流 IB (△ IB/△ T) 過溫 200 400 200 800 nA 700 1000 nA 芯片 及軟件介紹 18 5 5 mA/℃ 電源電流 ICC 過溫 8 16 mA 13 mA 共模輸入范圍VCM 177。12 177。13 177。12 177。13 V 共模抑制比CMRR 80 100 70 100 dB 電源抑制比PSRR 10 10 100 μV/V 大信號電壓增益 AVOL RL≥2KΩ,Vo=177。10V 50 25 100 V/mV 過溫 25 15 V/mV RL≥600Ω,Vo=177。10V 40 15 50 V/mV 過溫 20 10 V/mV 輸出擺動電壓VOUT RL≥600Ω 177。12 177。13 V 過溫 177。10 177。12