前置放大器是指置于信源與放大器級之間的電路或電子設(shè)備,例如置于光盤播放機與高級音響系統(tǒng)功率放大器之間的音頻前置放大器。前置放大器是專為接收來自信源的微弱電壓信號而設(shè)計的,已接收的信號先以較小的增益放大,Arduino商店有時甚至在傳送到功率放大器級之前便先行加以調(diào)節(jié)或修正,如音頻前置放大器可先將信號加以均衡及進行音調(diào)控制。無論為家庭音響系統(tǒng)還是PDA設(shè)計前置放大器,都要面對一個十分頭疼的問題,即究竟應(yīng)該采用哪些元件才恰當(dāng)?
元件選擇原則
減速帶品牌由于運算放大器集成電路體積小巧、性能卓越,因此目前許多前置放大器都采用這類運算放大器芯片。我們?yōu)橐繇懴到y(tǒng)設(shè)計前置放大器電路時,必須清楚知道如何為運算放大器選定適當(dāng)?shù)募夹g(shù)規(guī)格。在設(shè)計過程中,系統(tǒng)設(shè)計工程師經(jīng)常會面臨以下問題:
1、是否有必要采用高精度的運算放大器?輸入信號電平振幅可能會超過運算放大器的錯誤容限,這并非運算放大器所能接受。若輸入信號或共模電壓太微弱,設(shè)計師應(yīng)該采用補償電壓(Vos)極低而共模抑制比(CMRR)極高的高精度運算放大器。是否采用高精度運算放大器取決于系統(tǒng)設(shè)計需要達到多少倍的放大增益,增益越大,便越需要采用較高準確度的運算放大器。
2、運算放大器需要什么樣的供電電壓?這個問題要看輸入信號的動態(tài)電壓范圍、系統(tǒng)整體供電電壓大小以及輸出要求才可決定,但不同電源的不同電源抑制比(PSRR)會影響運算放大器的準確性,其中以采用電池供電的系統(tǒng)所受影響最大。此外,功耗大小也與內(nèi)部電路的靜態(tài)電流及供電電壓有直接的關(guān)系。
3、輸出電壓是否需要滿擺幅?低供電電壓設(shè)計通常都需要滿擺幅的輸出,光電子產(chǎn)品以便充分利用整個動態(tài)電壓范圍,以擴大輸出信號擺幅。至于滿擺幅輸入的問題,運算放大器電路的配置會有自己的解決辦法。由于前置放大器一般都采用反相或非反相放大器配置,因此輸入無需滿擺幅,原因是共模電壓(Vcm)永遠小于輸出范圍或等于零(只有極少例外,例如設(shè)有浮動接地的單供電電壓運算放大器)。
4、增益帶寬的問題是否更令人憂慮?是的,尤其是對于音頻前置放大器來說,這是一個非常令人憂慮的問題。由于人類聽覺只能察覺大約由20Hz至20kHz頻率范圍的聲音,因此部分工程師設(shè)計音頻系統(tǒng)時會忽略或輕視這個“范圍較窄”的帶寬。事實上,體現(xiàn)音頻器件性能的重要技術(shù)參數(shù)如低總諧波失真(THD)、快速轉(zhuǎn)換率(slewrate)以及低噪聲等都是高增益帶寬放大器所必須具備的條件。