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小信号处理电路设计随想1

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发表于 2015-6-15 20:38:49 | 显示全部楼层 |阅读模式

高速电路PCB网,专注于嵌入式方案,信号完整性和电源完整性仿真分析,高速电路PCB设计,各种EDA工具(Cadence\Mentor\\AD\\CAM\ANSYS HFSS)交流学习。

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经历了高速到射频,我们知道高速信号布线需要特定的阻抗,射频传输线同样需要阻抗控制。其实在运放设计中,核心点也是阻抗的控制。那下来我们就探讨下运放的设计。
1、运放的组成结构
        运放本质上来说是由晶体管、电阻、电容、二极管、内部电流源等模拟分离元件组成的单片模拟集成电路。通常由输入级(差分对、镜像对)、中间级(达林顿晶体管对、补偿电容)、输出级(输出推免对)组成。
2、运放的作用是什么?
    运放首先是对信号的放大作用,由于其自身结构,给其加入不同的外围电路,就可实现优于晶体管的功能。目前,运放可进行信号放大、反相、阻抗变换、滤波、信号整形、采样保持等等。
3、放大电路应该如何设计?
在所有的运放电路中,都必须遵循阻抗匹配原则。
实际中,因为前一级运放的输出阻抗很小,我们往往忽略了后面几级的阻抗匹配要求。这实际是不合理的,假如前一级用的不是运放,那么如果不匹配阻抗,实际电路将不会产生我们所需要的结果。阻抗匹配的原则是后一级输入阻抗要大于前一级输出阻抗的5~10倍(包括各类传感器),因此在传感器设计时,第一级往往设计成同相。在MV以下的小信号处理时,(分立元件基本无阻抗等各种要求)由于运放自身的特性,只能应用晶体管、MOS管、二极管进行前级处理,需依据器件的特性曲线。
4、什么叫阻抗?
    阻抗:阻值和感抗,换言之,输入电阻和输入电抗的复数和。
5、什么叫阻抗匹配?    假设一个电路中R为负载电阻,r为电源E的内阻,E为电压源。由于r的存在,当R很大时,电路接近开路状态;而当R很少时接近短路状态。显然负载在开路及短路状态都不能获得最大功率。阻抗匹配的目的是如何取得最大功率。6、阻抗匹配的原则?
     阻抗匹配时负载可以得到最大的信号功率。
    阻抗匹配时效率不一定最高。
    前级输出阻抗大于后级输入阻抗时,传输效率变低,传输功率小于最大值。
    前级输出阻抗小于后级输入阻抗时,传输效率变高,传输功率也小于最大值。
    输入阻抗一般是高些为好,这样对前级输出要求不严格。
    输出阻抗一般是低些为好,这样负载适应性强,负载能力强。
    输入阻抗高往往易受到干抗,所以需要特别的设计(例如屏蔽)。
    输出阻搞太低往往也受到元器件、传输导线和电源限制。例如:有些功放的输出阻抗可以低到2Ω,再低的话已经没有意义(导线损耗反而成主要问题)。
7、同相和反相的概念
     同相:指得是输出信号的相位和输入信号的相位相同。
     反相:指得是输出信号的相位和输入信号的相位相反。 (此处不应理解错误)
     同相的特性:输入端虚断(请看图2,此处不再解释)
     反相的特性:输入点虚短
8、同相还是反相?
    在阻抗匹配的过程中,前置电路的负载一般为各类传感器,因此前置电路的输入阻抗应远远大于传感器的内阻。同相电路由于输入端虚断,输入阻抗是其本身阻抗,因此常用于传感器前置信号调理电路。
在后级电路中,阻抗匹配的相对容易实现,因为运放的输出阻抗一般不会超过50欧,大部分运放的输出阻抗仅仅只有5--10欧姆。此外,反相电路通常具有更好的放大特性,因此应优先考虑反相电路。
9、晶体管型还是场效应型?
在模拟电路中,晶体管在电流性信号放大的场合。场效应管,用于电压型放大电路。因此晶体管电路对输入功率有一定要求,而场效应型责对电流要求较少。


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发表于 2015-6-15 21:11:02 | 显示全部楼层
精华帖!!!!!!!!!!!
高速电路PCB网管理员。www.gaosupcb.com
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发表于 2015-6-15 21:29:41 | 显示全部楼层
支持原创!!!!
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发表于 2015-6-17 00:02:35 | 显示全部楼层
我是来看贴子的!

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发表于 2015-6-19 17:20:12 | 显示全部楼层
这里的阻抗匹配的确不是信号传输上来说的。只是从带负载能力 功耗角度来说。用“阻抗匹配”不准确。

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嗯,这块,是我自己起的名字。  详情 回复 发表于 2015-6-19 10:53 PM
open your harddisk,open your mind.

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 楼主| 发表于 2015-6-19 22:53:24 | 显示全部楼层
若华 发表于 2015-6-19 17:20
这里的阻抗匹配的确不是信号传输上来说的。只是从带负载能力 功耗角度来说。用“阻抗匹配”不准确。

嗯,这块,是我自己起的名字。     

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发表于 2016-4-10 20:03:43 | 显示全部楼层
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