Коэффициент усиления

Лучшие смартфоны на Android в 2022 году

Серия iPhone от Apple редко чем удивляет. Когда вы получаете новый iPhone, общее впечатление, скорее всего, будет очень похожим на ваше предыдущее устройство. Однако всё совсем не так в лагере владельцев устройств на Android. Существуют телефоны Android всех форм и размеров, не говоря уже о разных ценовых категориях. Другими словами, Android-телефон может подойти многим. Однако поиск лучших телефонов на Android может быть сложной задачей.

Конструирование Математика

• Главная
/
• Статьи
/
• Конструирование

Поскольку усилители могут увеличивать амплитуду входного сигнала, то существует необходимость в оценке усиливающей способности усилителя с точки зрения соотношения выход/вход.

Обычно это соотношение называется коэффициентом усиления.

Поскольку здесь передаётся соотношение величин одной размерности (выходная мощность/входная мощность, выходное напряжение/входное напряжение, или выходной ток/входной ток), то сам коэффициент усиления является безразмерной величиной. В математических формулах коэффициент усиления обычно обозначается заглавной буквой «А».

Например, если на входе усилитель принимает сигнал переменного тока 2 В (СКЗ) и на выходе даёт сигнал переменного тока 30 В (СКЗ), то его коэффициент усиления по напряжению переменного тока равен 30/2, то есть 15.

 

Соответственно этому, если нам известен коэффициент усиления и амплитуда входного сигнала, то мы можем вычислить амплитуду сигнала на выходе. К примеру, если на усилитель с коэффициентом усиления по переменному току 3,5 поступает сигнал 28 мА (СКЗ), то выходной ток будет в 3,5 раза выше входного, т.е. 98 мА:

 

В обоих предыдущих примерах в качестве условия выступал сигнал переменного тока. Это было сделано намеренно, поскольку служит необходимой иллюстрацией важной концепции: электронные усилители обрабатывают сигналы постоянного и переменного тока различным образом, и могут проводить усиление этих сигналов до различной степени. Можно сказать так, что по сравнению с усилением стабильного по величине сигнала (постоянный ток), усиление переменного тока (то есть изменений или колебаний амплитуды), осуществляется усилителями в другом соотношении . Следовательно, если необходимо провести вычисление коэффициента усиления, то в первую очередь необходимо выяснить по какому параметру производится усиление, а также тип сигнала (постоянный ток или переменный ток).

Как в случае переменного, так и постоянного тока, коэффициент усиления может быть выражен через напряжение, ток и/или мощность. Ниже приведены формулы для определения коэффициентов усиления. Треугольный символ «дельта» (?) является математическим обозначением изменения какой-либо величины, следовательно «?Vвых. / ?Vвх.

” означает „отношение изменения выходного напряжения к изменению входного напряжения“ или просто «выходное напряжение переменного тока, поделённое на входное напряжение переменного тока»:

	Усилитель постоянного тока	Усилитель переменного тока
Напряжение
Ток
Мощность
	«изменение …»

 

Если в схеме последовательно установлены несколько усилителей, то общий коэффициент усиления будет равен произведению коэффициентов усиления отдельных усилителей. (см. рис. ниже). Если сигнал 1 В подаётся на вход усилителя с коэффициентом усиления 3, то сигнал 3 В на его выходе будет далее усилен в 5 раз на втором усилителе, что даст на его выходе сигнал 15 В.

Коэффициент усиления цепочки каскадных усилителей равен произведению коэффициентов усиления отдельных усилителей

 

Нравится

Твитнуть

Теги Конструирование

Сюжеты Конструирование

Тактические фонари и профессиональная светотехника.

Тактические и профессиональные фонари. В первую очередь, это светотехнические средства, пригодные для применения в экстремальных и сложных условиях, а так же техника, оптимизированная для узкого спектра задач, например подствольные фонари или фонари для дайвинга.

14699 0

Активная распределенная антенная система

Активная распределенная антенная система представляет собой двунаправленный репитер, который усиливает и дублирует выходной сотовый сигнал внутри одного помещения. Усиленный сигнал дублируется с помощью внутренней антенны. Подобным образом дублируется сотовый сигнал и за пределами здания.

6756 0

Интегратор

Для схемы данного интегратора подойдёт практически любая модель операционного усилителя, но в списке необходимых компонентов указана модель 1458, так как входные токи смещения этого ОУ гораздо выше. Как правило, высокий входной ток смещения считается плохой стороной того или иного операционного усилителя, если он используется в схеме усилителя постоянного тока (и особенно в схеме интегратора!).

8324 0

Комментарии (0)

Вы должны авторизоваться, чтобы оставлять комментарии.

Вход

Способы увеличения коэффициента усиления в двухкаскадных операционных усилителях

Автор: Казарян Артур Араикович

Рубрика: 7. Технические науки

Опубликовано в

XIX международная научная конференция «Исследования молодых ученых» (Казань, апрель 2021)

Дата публикации: 02.04.2021

Статья просмотрена: 147 раз

Скачать электронную версию

Библиографическое описание:

Казарян, А.

А. Способы увеличения коэффициента усиления в двухкаскадных операционных усилителях / А. А. Казарян. — Текст : непосредственный // Исследования молодых ученых : материалы XIX Междунар. науч. конф. (г. Казань, апрель 2021 г.). — Казань : Молодой ученый, 2021. — С. 7-9. — URL: https://moluch.ru/conf/stud/archive/392/16466/ (дата обращения: 20.09.2022).



В аналоговых интегральных схемах операционные усилители считаются структурной единицей. Компараторы, инвертируюшие усилители и другие аналоговые схемы могут быть построены на базе операционных усилителей. На вышеупомянутые блоки большое влияние оказывает коэффициент усиления операционного усилителя. В работе рассматриваются методы увеличения коэффициента усиления двухкаскадного операционного усилителя.

Ключевые слова: операционный усилитель, усиления, ток, КМОП.

Операционные усилители считаются одной из основных структурных единиц аналоговых схем. Идеальным операционный уселитель имеет параметры показанные в таблице 1․

Таблица 1

Параметры операционного усилителя

Коэффициент усиления определяется отношением изменения входного напряжения к вызвавшему его изменению напряжения между дифференциальными входами усилителя при разомкнутой цепи обратной связи.

В зависимости от способа подачи входного сигнала различают дифференциальное входное сопротивление (сопротивление для входного сигнала, разность потенциалов которого приложена между дифференциальными входами) и входное сопротивление для синфазных сигналов (сопротивление для синфазных сигналов обычно очень велико).

Выходное сопротивление — это сопротивление, измеренное со стороны подключения нагрузки [1].

Некоторые схемы, построенные на базе операционного усилителя, показаны на рисунке 1.

Рис. 1․ Схемы на базе операционного усилителя

Принципиальная схема классического операционного усилителя представлена на рисунке 2.

Рис. 2․ Строение операционного усилителя

Первый каскад — это дифференциальный усилительный каскад, который является усилителем дифференциального сигнала, второй каскад — это выходной усилитель. Коэффициент усиления схемы определяется уравнением (1):

(1)

В идеале, входной дифференциальный усилительный каскад в основном отвечает за усиления, выходной усилитель во втором каскаде в основном используется для согласования сопротивлений.

Классическая схема двухкаскаднoго операционного усилителя в КМОП технологии представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Структура двухкаскаднoго операционного усилителя

В дифференциальном усилителе транзисторы Q1 и Q2 являются усилительными, а Q3 и Q4 играют роль активной токовой нагрузки. Транзистор Q5 является источником тока ․

Во втором каскаде мы имеем транзистор Q7, который включен по схеме с общим истоком

(2)

Подставляя формулу в , получаем

,

что для увеличения общего усиления необходимо увеличить усиление первого или второго каскада соответственно. Для усиления первого каскада необходимо увеличить W транзистора Q1 или уменьшить L, что может привести к значительному эффекту вторичного эффекта — модуляции. Для усиления второго каскада необходимо увеличить W транзистора M7 или уменьшить L, что может привести к значительному эффекту вторичного эффекта — модуляции. Поскольку L зависит от технологического процесса, то в основном мы можем увеличить или уменьшить коэффициент усиления с операционного усилителя c изменением W. Можно увеличить усиления с помощью Q6 транзистора, но это может приводить к уменьшению выходного рабочего диапазона․Второй способ для увеличения коэффициента усиления усилителя является повышения тока, поскольку

Транзисторы Q8 и Q5 являются токовым зеркалом и по этой причине мы можем изминит ток.

Заключение

В статье была рассмотрена основная конструкция двухкаскаднoго операционного усилителя․ В настоящее время операционный усилитель с большим коэффициентом усиленияшироко востребован как отдельно, так и в составе микросхем․ В статье рассмотрены основные методы увеличения коэффициента усиления схем, а также базовые схемы, сконструированные с помощью операционных усилителей․

Литература:

1. Behzad, Razavi Fundamentals of Microelectronics / Razavi Behzad. — 2. —:,. — 932 c. — Текст: непосредственный.
2. Операционный усилитель. — Текст: электронный // Wikipedia: [сайт]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %9E %D0 %BF %D0 %B5 %D1 %80 %D0 %B0 %D1 %86 %D0 %B8 %D0 %BE %D0 %BD %D0 %BD %D1 %8B %D0 %B9_ %D1 %83 %D1 %81 %D0 %B8 %D0 %BB %D0 %B8 %D1 %82 %D0 %B5 %D0 %BB %D1 %8C (дата обращения: 31.03.2021).
3. Внутренняя структура операционных усилителей. — Текст: электронный //: [сайт]. — URL: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/op/op_4.htm (дата обращения: 31.03.2021).

ток, КМОП, операционный усилитель, усиления

• Как издать спецвыпуск?
• Правила оформления статей
• Оплата и скидки

AD625 Техническое описание и информация о продукте

AD625 Техническое описание и информация о продукте | Analog Devices

1. Продукты
2. Усилители
3. Инструментальные усилители
4. AD625

Enable javascript



• Особенности и преимущества
• Подробнее о продукте

Особенности и преимущества

• Программируемые пользователем коэффициенты усиления от 1 до 10000
• Малая погрешность коэффициента усиления: 0. 02%, макс.
• Малый ТК коэффициента усиления: 5 ppm/°C, макс.
• Малая нелинейность: 0.001%, макс.
• Низкое напряжение смещения: 25 мкВ
• Низкий шум: 4 нВ/√Гц (приведенный к входу, на частоте 1 кГц)
• Доступны компоненты, соответствующие стандарту MIL
• Произведение ширины полосы на коэффициент усиления: 25 МГц
• 16-выводный керамический или пластиковый корпус DIP, 20-контактный корпус LCC
• Доступна версия с габаритами корпуса, соответствующими военному стандарту
• Низкая стоимость

Подробнее о продукте

AD625 – это прецизионный инструментальный усилитель, разработанный специально с учетом потребностей двух областей применения: 1) Схемы, в которых требуются нестандартные коэффициенты усиления (т.е., такие коэффициенты усиления, которые непросто реализовать при помощи таких компонентов, как AD524 и AD624). 2) Схемы, в которых требуется недорогой, прецизионный усилитель с программируемым коэффициентом усиления.

AD625JN является наиболее эффективным на сегодняшний день с точки зрения стоимости инструментальным усилителем для схем, в которых требуются низкий шум, высокий КОСС и малый дрейф. При помощи трех дополнительных резисторов пользователь может устанавливать любой коэффициент усиления в диапазоне от 1 до 10000. AD625JN обладает погрешностью коэффициента усиления менее 0.05% и ТК коэффициента усиления менее 5 ppm/°C , поэтому точность установки коэффициента усиления определяется, в первую очередь, внешними резисторами. Ослабление синфазного сигнала не зависит от согласования резисторов обратной связи.

Усилитель с программно изменяемым коэффициентом усиления (software programmable gain amplifier, SPGA) можно реализовать при помощи добавления дополнительного КМОП мультиплексора (или иной схемы коммутации) и подходящей резистивной цепи. Поскольку сопротивление ключей во включенном состоянии исключается из цепи прохождения сигнала, SPGA на базе AD625 будет обеспечивать 12-разрядное разрешение и может быть запрограммирован на установку любого коэффициента усиления в диапазоне от 1 до 10000 с управляемым пользователем шагом.

В схемах, где требуется наивысшая точность, может быть использована версия AD625C, обладающая дрейфом входного напряжения смещения менее 0.25 мкВ/°C, дрейфом выходного напряжения смещения менее 15 мкВ/°C и максимальной нелинейностью 0.001% при G = 1. Компоненты всех градаций имеют превосходные динамические характеристики: произведение ширины полосы на коэффициент усиления 25 МГц, скорость нарастания 5 В/мкс и время установления 15 мкс.

AD625 выпускается в трех градациях с различными показателями точности (A, B, C) для промышленного температурного диапазона (от -40°C до +85°C), двух градациях (J, K) для коммерческого температурного диапазона (от 0°C до +70°C), и одной градации (S) для расширенного температурного диапазона (от -55°C до +125°C).

Продукты

ADI не рекомендует использование данных продуктов в новых разработках.

{{#each lists}}

{{/each}}

• Показать все (15)
• Техническое описание (4)
• Статьи по применению (9)
• Руководства по проектированию (2)

Техническое описание (4)

AD625: Техническое описание инструментального усилителя с программируемым коэффициентом усиления (Rev. D) AD625: Programmable Gain Instrumentation Amplifier Data Sheet (Rev. D) AD625: Техническое описание продукта оборонного назначения AD625: Military Data Sheet

Статьи по применению (9)

AN-282: Основы дискретных систем AN-282: Fundamentals of Sampled Data Systems AN-589: Ways to Optimize the Performance of a Difference Amplifier (Rev. B) AN-244: Руководство пользователя по ИМС инструментальных усилителей AN-244: A User’s Guide to I.C. Instrumentation Amplifiers AN-245: Решение нестандартных проблем проектирования при помощи инструментальных усилителей AN-245: Instrumentation Amplifiers Solve Unusual Design Problems AN-671: Reducing RFI Rectification Errors in In-Amp Circuits AN-589: Способы оптимизации показателей разностного усилителя (Rev. B)

Руководства по проектированию (2)

Инструменты проектирования

Калькулятор погрешности инструментального усилителя

Эти инструменты помогут оценить влияние погрешностей на вашу схему с инструментальным усилителем. В калькулятор вводятся входные параметры, такие как температура, коэффициент усиления, входное напряжение и импеданс источника, для расчета погрешностей, которые могут оказать влияние на всю схему.

• Показать все (4)
• Технические статьи (4)

Технические статьи (4)

Auto-Zero Amplifiers

High-performance Adder Uses Instrumentation Amplifiers

Input Filter Prevents Instrumentation-amp RF-Rectification Errors

The AD8221 — Setting a New Industry Standard for Instrumentation Amplifiers

Компания Analog Devices всегда уделяла повышенное внимание обеспечению максимальных уровней качества и надежности предлагаемых продуктов. Для этого мы внедряем контроль качества и надежности на каждом этапе проектирования технологических процессов и продуктов, а также на этапе производства. Нашим принципом является обеспечение «полного отсутствия дефектов» поставляемых компонентов.

Выберите модель

Запросить уведомления об изменении продуктов/технологических процессов

Закрыть

• Сохранить в myAnalog Войти в myAnalog

{{#ifCond pcn. length 0}} {{else}} {{#each pcn}} {{/each}}

{{../labels.pcn}}	{{../labels.title}}	{{../labels.publicationDate}}
{{number}} {{#ifCond applicable false}} Уведомления PDN больше не применяются для этого компонента. Он отсутствует в данной версии PDN {{/ifCond}} {{#each links}} {{title}} {{/each}}	{{title}}	{{publishDate}}

{{/ifCond}} {{#ifCond pdn. length 0}} {{else}} {{#each pdn}} {{/each}}

{{../labels.pdn}}	{{../labels.title}}	{{../labels.publicationDate}}
{{number}} {{#ifCond applicable false}} Уведомления PDN больше не применяются для этого компонента. Он отсутствует в данной версии PDN {{/ifCond}} {{#each links}} {{title}} {{/each}}	{{title}}	{{publishDate}}

{{/ifCond}}

Приведенные цены действительны в США и указаны только для примерного бюджетного рассчета. Цены указаны в долларах США (за штуку в указанном размере партии) и могут быть изменены. Цены в других регионах могут отличаться в зависимости от местных пошлин, налогов, сборов и курсов валют. Для уточнения стоимости обращайтесь в местные офисы продаж Analog Devices, или к официальным дистрибьюторам. Цены на оценочные платы и наборы указаны за штуку независимо от количества.

Помощь

 

 

Коэффициент усиления по напряжению усилителей в децибелах Калькулятор

✖Коэффициент усиления по напряжению определяется как отношение выходного напряжения к входному напряжению.ⓘ Коэффициент усиления по напряжению [Av]

белСандецибелДецибелмиллидецибелнепер

+10% -10%

✖Усиление напряжения в децибелах, когда усиление напряжения выражается логарифмической мерой. ⓘ Коэффициент усиления по напряжению усилителей в децибелах [A(v)]

белСандецибелДецибелмиллидецибелнепер

⎘ копия

👎

Формула

сбросить

👍

Коэффициент усиления по напряжению усилителей в децибелах Решение

ШАГ 0: Сводка предварительного расчета

ШАГ 1. Преобразование входов в базовый блок

Коэффициент усиления по напряжению: 6 Децибел —> 6 Децибел Конверсия не требуется

ШАГ 2: Оцените формулу

ШАГ 3: Преобразуйте результат в единицу вывода

15. 5630250076729 Децибел —> Конверсия не требуется

< 10+ Прирост Калькуляторы

Общий коэффициент усиления по напряжению в усилителе

Коэффициент усиления по напряжению = Коэффициент усиления по напряжению холостого хода*(Входное сопротивление/(Входное сопротивление+Сопротивление сигнала))*(Сопротивление нагрузки/(Сопротивление нагрузки+Выходное сопротивление)) Идти

Коэффициент усиления по напряжению при заданном сопротивлении

Коэффициент усиления по напряжению усилителя = Коэффициент усиления по напряжению холостого хода*(Сопротивление нагрузки/(Сопротивление нагрузки+Выходное сопротивление)) Идти

Дифференциальное усиление инструментального усилителя

Дифференциальное усиление = (Сопротивление 4/Сопротивление 3)*(1+Сопротивление 2/Сопротивление 1) Идти

Коэффициент усиления по мощности с учетом коэффициента усиления по напряжению

Прирост мощности = (Выходной сигнал*Выходной ток)/(Входной сигнал*Входной ток) Идти

Частота единичного усиления в случае источника-повторителя

Частота единичного усиления = крутизна/(Емкость от ворот к источнику+Емкостной затвор для стока) Идти

Усиление напряжения разомкнутой цепи усилителя с использованием крутизны короткого замыкания

Коэффициент усиления по напряжению холостого хода = Выходное напряжение*крутизна/Выходной ток Идти

Коэффициент усиления по напряжению холостого хода при заданном сопротивлении холостого хода

Коэффициент усиления по напряжению холостого хода = Трансопротивление разомкнутой цепи/Входное сопротивление Идти

Коэффициент усиления мощности усилителя с учетом коэффициента усиления по напряжению и коэффициента усиления по току

Прирост мощности = Коэффициент усиления по напряжению*Текущее усиление Идти

Коэффициент усиления мощности усилителя

Прирост мощности = Мощность нагрузки/Входная мощность Идти

Текущее усиление усилителя

Текущее усиление = Выходной ток/Входной ток Идти

Коэффициент усиления по напряжению усилителей в децибелах формула

Усиление напряжения в децибелах = 20*log10(Коэффициент усиления по напряжению)
A(v) = 20*log10(Av)

Почему мы измеряем усиление напряжения в децибелах?

Мы измеряем усиление напряжения в дБ для высоковольтных устройств, потому что для очень высоких значений напряжения его очень сложно измерить на практике. Шкала децибел является логарифмической, что позволяет сжимать большие значения в меньшую шкалу.

Share

Copied!

Ошибки измерительных усилителей и их анализ

Введение

В этой статье будут рассмотрены основные ошибки измерительных усилителей (ИУ) и дан систематический подход к вычислению полной ошибки. Сначала рассмотрим первичные источники ошибок, например, напряжение смещения, CMRR и т.д. Потом,используя спецификации на микросхемы и практические примеры, сравним точность различных ИУ, например, характеристики ИУ, собранного на дискретных элементах, и интегрального ИУ.

Поскольку измерительные усилители наиболее часто используются в низкоскоростных устройствах высокой точности, сосредоточимся на анализе ошибок на постоянном токе типа напряжения смещения, входных токов смещения и низкочастотных шумов (прежде всего помех на частоте сети).

Важно помнить, что источники ошибок меняются от схемы к схеме. Например, при обработке сигналов термопары нужно помнить, что импеданс датчика очень низок, обычно не более нескольких Ом, даже когда соединение между датчиком и усилителем производится с помощью длинного кабеля. В результате ошибками, вызванными токами смещения и шумовыми токами, можно пренебречь, тогда как ошибки напряжения смещения необходимо обязательно учитывать.

RTO и RTI

Прежде чем приступить к рассмотрению конкретых источников ошибок, важно понять, что будет подразумевается под аббревиатурами RTO и RTI.

В любом устройстве, которое может работать с коэффициентом усиления большим, чем единица (например, операционные усилители (ОУ) или ИУ), величина абсолютной ошибки будет всегда больше на выходе устройства, чем на его входе.

Например, уровень шума на выходе схемы будет определяться не только уровнем входного шума, но и коэффициентом усиления схемы, с которым он передается на выход, плюс добавляются внутренние шумы ИУ. Поэтому необходимо четко определить, пересчитана ли ошибка к уровню входного сигнала (RTI) или ее уровень определяется только по значению выходного сигнала (RTO). Например, если требуется пересчитать выходное напряжение смещения к входному уровню, необходимо просто разделить величину ошибки на коэффициент усиления, то есть:

выходная ошибка сдвига (RTI)=V OS _OUT/К

где К — коэффициент передачи.

Операция пересчета уровней всех ошибок по отношению к полному входному сигналу является обычной практикой оценки погрешности схемы и позволяет легко и просто произвести сравнение между величиной ошибки и уровнем входного сигнала.

Одна миллионная или ppm

Одна миллионная или ppm — популярный способ записи весьма малых ошибок. Ppm безразмерен, так как ошибка обязательно определяется относительно какого-то параметра. В этих единицах уровень сравниваемого сигнала ставится в соответствие с полной шкалой входного сигнала. Например, входное напряжение сдвига,выраженное в ppm, определяется следующим уравнением:

ошибка входного сдвига (ppm)= (V _OS /V _INFS )/10 ⁶

где V
_INFS — полный размах входного сигнала.

Источники ошибок в дискретном и интегральном измерительных усилителях

На рис.1 показаны источники самых распространенных ошибок, возникающих в дискретном и интегральном ИУ. Они будут детально рассмотрены ниже.

Напряжение смещения

Различают два напряжения смещения: напряжение смещения входа и напряжение смещения выхода.

Напряжение смещения входа возникает из неидентичности напряжений VBE транзисторов входного каскада усилителя. Это напряжение может быт пред ставлено как постоянное напряжение, включенное последовательно с входным сигналом (рис.1). Так же, как и входной сигнал, оно будет усилено с коэффициентом усиления ИУ.

В случае ИУ, имеющего более одного каскада усиления, например, классического ИУ на трех ОУ, входные транзисторы выходного каскада также будут вносить свой вклад в суммарное напряжение смещения. Однако поскольку выходной каскад обычно имеет единичный коэффициент передачи, то его вклад не будет оказывать сильного влияния на размер суммарного напряжения смещения ИУ. Тем не менее, для вычисления суммарной ошибки эта ошибка, обычно пересчитанная во вход для того, чтобы эффект ее воздействия мог бы быть соотнесен с уровнем входного сигнала, учитывается таким образом:

общая ошибка сдвига (RTI)= V
_OS _IN +V
_OS _OUT/К

где К — коэффициент передачи.

Из этого уравнения видно, что влияние напряжения смещения выхода уменьшается при возрастании коэффициента усиления ИУ.

смещение и входные токи

Токи смещения текут в или из входов ИУ, поэтому они всегда имеют определенную полярность. Эти токи генерируют напряжения, протекая через входные сопротивления ИУ, и включены последовательно с напряжением входного смещения. Однако если оба входа ИУ имеют одинаковые сопротивления, то равные токи смещения вырабатывают одинаковые входные напряжения (типовое значение которых не превышает нескольких мВ) и будут хорошо подавлены любым ИУ с разумным значением CMRR. Если же это не так, то окончательная ошибка будет определяться разницей этих сопротивлений.

Необходимо также учитывать разность токов смещения. Поскольку любой из токов смещения может быть большие другого, то и результирующий ток может иметь любую полярность. Разность между двумя токами смещения вызывает ошибку типа сдвига напряжения входного уровня, прямо пропорциональную разности входных сопротивлений ИУ.

Коэффициент подавления синфазной составляющей входного сигнала CMRR

Идеальный ИУ усиливает дифференциальное напряжение, приложенное между его инвертирующим и неинвертирующим входами, независимо от величины напряжения смещения, появляющегося одновременно на обоих его входах (+VS/2 на рис.1). Это постоянное напряжение присутствует во многих приложениях и исключение его из входного сигнала часто является первоначальной задачей измерительного усилителя. Но на практике не весь входной синфазный сигнал будет подавлен и некоторая его часть появится на выходе. Коэффициент подавления синфазной составляющей — мера того, как хорошо измерительный усилитель подавляет синфазные составляющие входного сигнала. Значение CMRR рассчитывается согласно уравнению:

Решив это уравнение относительно V
_OUT , получим формулу для вычисления выходного напряжения, которое вызывается из-за недостаточного подавления синфазной составляющей входного сигнала.

Подавление синфазных помех на переменном и постоянном токе

Плохой коэффициент подавления синфазной составляющей на постоянном токе приводит к появлению постоянного напряжения на выходе. В то время как смещение по постоянному току может быть, подобно напряжению смещения, компенсировано, плохой коэффициент подавления синфазной составляющей сигналов переменного тока намного более неприятен. Если, например, на вход схемы воздействует сетевая наводка (50/60 Гц), то переменное напряжение непременно появится на выходе и его присутствие уменьшит разрешающую способность всего устройства. Фильтрация сигнала является решением проблемы только в очень медленных приложениях, где максимальная рабочая частота намного меньше 50 или 60 Гц.

В таблице 1 приведены значения выходных напряжений двух ИУ (AD623 и INА126) при подаче на их входы синфазного напряжения частотой 60 Гц и амплитудой 100 мВ.

Таблица 1

Коэффициент усиления	V in F=60 Гц, мкВ	CMRR INА126, дБ	CMRR AD623, дБ	V OUT INА126, мкВ	V OUT AD623, мкВ
10	100	83	100	70,7	10
100	100	83	110	707	31,6
1000	100	83	110	7070	316

Шум

В то время как напряжение и ток смещения, в конечном счете,приводят к сдвигам напряжения на выходе, источники шумов ухудшают разрешающую способность схемы. В большинстве усилителей есть два источника шума: шум напряжения и токовый шум. Как и в случаях с напряжением и током смещения, степень влияния этих источников на разрешающую способность схемы зависит от конкретного схемотехнического решения.

Спектральная плотность напряжения шумов типового ИУ показана на рис.2 (график спектральной плотности токовых шумов имел бы подобную характеристику). В то время как график спектральной плотности шумов является плоским начиная с частоты примерно 100 Гц (так называемая 1/f частота), спектральная плотность шумов начинает увеличиваться при приближении частоты к нулю, то есть к постоянному току. Для расчета среднеквадратического значения шумов RTI, спектральная плотность шумов делится на корень квадратный из представляющей интерес полосы пропускания схемы. Суммарная полоса пропускания может определяться либо полосой пропускания самого ИУ при определенном коэффициенте усиления, либо может быть меньше ее. Например, если выходной сигнал ИУ отфильтрован НЧ-фильтром, то именно частота среза фильтра будет определять полосу пропускания всего устройства. Обратите внимание на то, что если выходной сигнал измерительного усилителя оцифровывается аналого-цифровым преобразователем, то любая постфильтрация также должна быть учтена при определении суммарной полосы пропускания. В высокочастотных приложениях низкочастотным шумом вообще можно пренебречь. Так что RTI значение среднеквадратического шума будет определяться только «плоской » составляющей шумов.

Обратите внимание на то, что рассчитанное среднеквадратическое значение шума должно быть пересчитано в его значение в терминах двойной амплитуды умножением среднеквадратического значения на 6.61. Для низкочастотных приложений особый интерес представляет величина шумов в полосе частот 0,1 –10 Гц, значение которого в терминах двойной амплитуды обычно и приводят в спецификациях. При предварительной фильтрации высокочастотных шумов в системе ими можно пренебречь и не принимать во внимание в расчетах суммарной составляющей погрешности.

Поскольку шумы напряжения и токовые шумы являются некоррелироваными (то есть случайны и не зависят друг от друга), полная шумовая ошибка не является простой суммой всех ошибок. Расчет полной шумовой ошибки производится по формуле:

полный шум =(шум напряжения)2 +RSOURCE (токовый шум)2

Линейность

Эта погрешность определяется в спецификациях на интегральные усилители в ppm. В случае ИУ, собранного на дискретных элементах, нелинейность вычислить труднее. Спецификации на ОУ вообще не дают определение линейности.Кроме того,даже если линейность отдельного ОУ известна,для определения суммарной линейности схемы необходимо оценить,как два или три ОУ взаимодействуют друг с другом.Во многих случаях единственная возможность определить линейность схемы — это экспериментально измерить ее характеристики на постоянном токе.Линейность в ppm будет определяться в соответствии с выражением:

Нелинейность (ppm)=(Максимальное отклонение выходного напряжение от идеала /коэффициент усиления /полный размах входного сигнала)10

⁶

Погрешности коэффициента передачи

Погрешности коэффициента передачи интегрального измерительного усилителя определяются двумя составляющими: внутренней ошибкой коэффициента передачи и ошибкой из-за разброса параметров внешнего резистора установки коэффициента усиления. Так как точность внешнего резистора в основном и определяет точность передачи всего усилителя, то небольшая экономия на стоимости этого резистора приведет к потере точности всего ИУ. Кроме этого, используя только стандартный ряд резисторов, трудно достичь точно заданного коэффициента передачи, например, 10 или 100. Нужно отметить, что правильный выбор типа резистора может помочь уменьшать полный дрейф коэффициента передачи схемы. Рассмотрим, например, интегральный ИУ AD623. Его коэффициент усиления определяется уравнением: К =1 +(100 кОм/RG). Значение 100 кОм в этом уравнении задают два внутренних резистора 50 кОм. Они имеют температурный коэффициент –50ppm/°C. Выбирая внешний резистор, имеющий отрицательный температурный коэффициент, удается значительно снизить общий дрейф коэффициента передачи.

Расчет бюджета погрешности двух интегральных ИУ — AD623 и INA126

На рис.3 показана популярная мостовая схема. Мост состоит из четырех переменных резисторов и возбуждается от источника напряжения (+5В). Любое изменение величины сопротивления резисторов генерирует дифференциальное выходное напряжение (полный размах — ±20 мВ), которое прикладывается к входу ИУ. Кроме этого, синфазное напряжение +2,5 В накладывается на дифференциальный сигнал. Коэффициент передачи ИУ долуровень сигнала был бы близок к максимальному допустимому уровню выходного напряжения ИУ, но не приводил к его насыщению. При выборе коэффициента усиления должна быть предпринята известная осторожность, чтобы подача максимального входного сигнала не приводила бы к насыщению любого из внутренних узлов ИУ. Насыщение зависит от величины входного дифференциального напряжения, заданного коэффициента передачи и значения CMRR.

В таблице 2 приведен расчет бюджета погрешности коэффициентов передачи двух интегральных ИУ — AD623 и INА126. Значения всех ошибок пересчитаны к максимальному уровню входного сигнала, то есть сравниваются с напряжением 20 мВ. После этого они преобразуются в ppm, умножая полученное значение на 106. В таблице 3 дан пересчет различных форм записи погрешностей: децимальной, процентной и ppm.

Таблица 2. Бюджет погрешностей

Источник ошибки	AD623 Расчет погрешности	INА126 Расчет погрешности	AD623 (ppm)	INА126 (ppm)
Абсолютная точность при TA = +25 °C
Сдвиг входного напряжения	250 мкВ/20 мВ	100 мкВ/20 мВ	5000	12 500
Сдвиг выходного напряжения	500 мкВ/89,5/20 мВ	Нет данных	279	–
Сдвиг входного тока, нА	2 нА x350 Ом/20 мВ	2 нА x350 Ом/20 мВ	35	35
CMR, дБ	105 дБ ® 5,6 ppm x2,5 В/20 мВ	83 дБ ® 71 ppm 2,5 В/20 мВ	700	8875
Коэффициент передачи	0,35% + 0,1 %	0,5 % + 0,1 %	4500	6000
	Абсолютная погрешность		10514	27410
ДРЕЙФ ® +85 °C
Дрейф коэффициента передачи	(50+10) ppm/°C x60 °C	(100+10) ppm/°C x60 °C	3600	6600
Дрейф сдвига входного напряжения	1мВ/°C x60°C/20мВ	3 мВ/°C x60 °C/20 мВ	3000	9000
Дрейф сдвиг входного тока	5пА/°C x350 Ом 60°C/20 мВ	10 пА/°C x350 Ом 60 °C/20 мВ	5. 25	10,5
Дрейф сдвиг выходного напряжения	10 мкВ/°C x60 °C/89,5/20 мВ	Нет данных	335	–
	Ошибка дрейфа		6940	15610
Разрешающая способность
Нелинейность коэффициента передачи, от полного диапазона	50 ppm	20 ppm	50	20
Напряжение шумов в полосе 0,1…10 Гц (п.п)	1,5 мкВ п-п/20 мВ	0,7 мкВ п-п/20 мВ	75	35
	Ошибка разрешающей способности		125	55
	Итого		17579	43075

Таблица 3

Ошибка
%	Децимальная	ppm
10	0,1	100000
1	0,01	10000
0,1	0,001	1000
0,01	0,0001	100
0,001	0,00001	10
0,0001	0,000001	1

Из таблицы видно, что преобладающими источниками ошибок являются статические ошибки (например, напряжение смещения и т. д.). Во многих случаях, где существует возможность калибровки, они могут быть исключены. При возможности измерения температуры окружающей среды, возможности калибровки могут быть расширены в части компенсации дрейфа статических ошибок. Более трудно компенсировать ошибки разрешающей способности, вызванные нелинейностью и шумами ИУ. Заметим, что при расчете бюджета погрешности мы пренебрегли выми шумовыми ошибками из-за их малости по сравнению с шумовым напряжением.

Дополнительные ошибки разрешающей способности,которые вызываются внешними воздействиями на схему, не могут быть определены. Существенным в этой части является уменьшение разрешающей способности, вызываемое присутствием на дифференциальных входах синфазной составляющей с частотой сети — 50//60 Гц. Это приводит к появлению на выходе ИУ сетевых помех. Очевидно, что высокое значение CMRR — не только на постоянном, но и на переменном токе, значительно уменьшит их влияние. График изменения величины CMRR в зависимости от частоты (для AD623) приведен на рис. 4. Из него видно, что значение CMRR на частоте 1 кГц при коэффициенте передачи 10 все еще более 80 дБ, что более чем достаточно в большинстве случаев.

Типовой расчет бюджета погрешности

Схема, позволяющая сравнить погрешности, связанные с интегральным и дискретным исполнениями ИУ, приведена на рис.5. Дискретный ИУ реализован с использованием двух ОУ и точных резисторов. Снова необходимо усилить сигнал с размахом ±20 мВ.

Погрешности, определяемые различными исполнениями ИУ,приведены в таблице 4. Их рассмотрение показывает, что интегральный ИУ более точен по всем техническим параметрам и во всем температурном диапазоне. Нужно отметить, что, кроме этого, ИУ на дискретных элементах более дорог (пример-но на 100% в данном случае). Это вызвано прежде всего высокой стоимостью низкодрейфовых точных резисторов.

Обратите внимание, что суммарный входной ток смещения ИУ, выполненного на дискретных элементах, определяется разницей смещений токов двух ОУ, а не токами смещения индивидуальных ОУ. Номиналы резисторов выбраны так, чтобы инвертирующий и неинвертирующий вход каждого ОУ измерительного усилителя имели бы одно и тоже входное сопротивление (приблизительно 350 Ом), так как ток смещения каждого ОУ добавляет дополнительную ошибку, которая должна быть минимизирована.

Таблица 4

Источник ошибки	AD623A	«Дискретный» ИУ	AD623 ppm	«Дискретный» ИУ ppm
Абсолютная точность при TA +25 °C
Суммарное напряжение смещения RTI	(200 мкВ +[1000 мкВ/89,5 ])/20 мВ	(300 мкВ x2)/20 мВ	10559	30000
Сдвиг входного тока	2 нА x350 Ом/20 мВ	100 нА x350 Ом/20 мВ*	35	1750
Внутренний ток смещения(Только для «дискретного » ИУ)	Нет данных	16 нА x350 Ом/20 мВ*		280
CMR	105 дБ x5,6 ppm x2,5 В/20 мВ	(0,1%x2,5 В)/90/20 мВ	700	1388
Коэффициент усиления	0,35%+0,1%	0,1%	4500	1000
	Полная абсолютная погрешность		15794	34418
ДРЕЙФ >+85 °C
Дрейф коэффициента передачи	(50+10)ppm/°C x60 °C	50 ppm/°C x60 °C	3600	3000
Суммарное напряжение смещения RTI	(2мВ/°C+[10мкВ/°C/89,5 ])x60 °C/20мВ	(7 мкВ/°C x60 °C)/20 мВ	6335	21 000
Сдвиг входного тока	5нА/°C 350Ом x60 °C/20 мВ*	Нет данных	5. 25	—
Внутренний ток смещения (Только «дискретный »)	Нет данных	(120нА/°C x350Ом )x60 °C/20 мВ	—	252
	Ошибка дрейфа		9940	24252
Разрешающая способность
Нелинейность коэффициента передачи,от полного диапазона	50 ppm	20 ppm	50	20
Напряжение шумов в диапазоне 0,1 …10 Гцп п	1,5 мкВп п/20 мВ	(0,8 мкВп п xv2)/20 мВ	75	56,57
	Ошибка разрешающей способности		125	77
	Итого:		25859	58747

*температурная ошибка тока смещения OP296,определена как максимальное значение во всем температурном диапазоне,а не только при +25 °C.

Знакомство с операционными усилителями. Полоса пропускания малого сигнала и полные рабочие характеристики

🔍 Поиск по сайту

• Русский
• English (UK)

2. Главная
3. Архив Бюллетень TI
4. 1/2017
5. Знакомство с операционными усилителями. Полоса пропускания малого сигнала и полные рабочие характеристики

Бюллетень TI

1/2017

Знакомство с операционными усилителями. Полоса пропускания малого сигнала и полные рабочие характеристики

При выборе ОУ одной из первых характеристик, на которую обращают внимание инженеры, является полоса пропускания. Изготовители знают об этом и намеренно выделяют ширину полосы пропускания устройства в технических паспортах. Редко удаётся найти технический паспорт ОУ без указания численного значения ширины полосы пропускания на первой странице. Поскольку ширина полосы пропускания малого сигнала является числом с наибольшим значением, именно это число выделяется наиболее заметно. Однако хорошо бы задаться вопросом, насколько важным является это число и как оно соотносится с другими рабочими характеристиками устройства? В этой статье делается попытка ответить на этот вопрос.

Рисунок 1. Усилитель А, частотная характеристика

На рисунке 1 показан график типовой зависимости полосы пропускания ОУ с обратной связью по напряжению от коэффициента усиления. Совершенно ясно, что коэффициент усиления играет огромную роль для полосы пропускания при слабом сигнале. Действительно, это соотношение настолько устойчиво, что для большинства случаев произведение ширины полосы пропускания (BW) на коэффициент усиления (G) является константой. Усилитель A, показанный на рисунке 1, имеет значение произведения коэффициента усиления на ширину полосы пропускания, примерно равное 280 МГц. Ярким исключением из этого является случай единичного коэффициента усиления, или G = 1. Для коэффициента усиления, равного 1, ширина полосы пропускания слабого сигнала составляет 800 МГц. На рисунке 2 показано почти то же самое, за исключением того, что усилитель В имеет произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания примерно 450 МГц. Эти усилители имеют сходные заявленные значения полосы пропускания слабого сигнала. Посмотрим, насколько близки они по другим характеристикам.

Рисунок 2. Усилитель В, частотная характеристика

Как показано на рисунках 3 и 4, усилитель В имеет гораздо лучшие характеристики по искажениям усиливаемого сигнала. Перейдя к таблице 1, можно сравнить и многие другие рабочие характеристики. Несмотря на то, что на первый взгляд кажется, что усилитель В явно лучше усилителя А, общая картина не так уж ясна. Усилитель В лучше по произведению усиления на полосу пропускания, а также по искажениям и выходному току. Однако усилитель А имеет меньшее шумовое напряжение и потребляет значительно меньшую мощность.

Таблица 1. Некоторые параметры, усилитель А по сравнению с усилителем В

Specification	Amplifier A	Amplifier B	Units
Small signal bandwidth	900	1000	MHz
Large signal bandwidth	340 (calculated)	270 (2Vpp)	MHz
Gain bandwidth product	270	500	MHz
Slew rate	1400	970	V/us
10 MHz THD	77	87	dBc
Output current	90	170	mA
Input noise	3,1	7	nV/√(Hz)
Supply current	7	19	mA

Рисунок 3. Усилитель А, искажение

Рисунок 4. Усилитель В, искажение

Пока из данной информации ясно, что ширина полосы пропускания единичного усиления слабого сигнала является не слишком полезным показателем качества операционного усилителя. Будет ли произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания лучшим вариантом? Что касается усилителей А и В, это произведение не представляется достаточно хорошо коррелирующим с такими рабочими характеристиками, как искажения или линейность. Причём эта взаимосвязь не гарантируется в обоих случаях, потому что усилители С и D имеют противоположную зависимость между произведением коэффициента усиления на ширину полосы пропускания и линейностью. Иными словами, не существует лёгких и быстрых способов определения рабочих характеристик усилителя. Например, если для вашей конфигурации важны минимальные искажения, обязательно проверьте характеристики искажений в техническом паспорте изделия.

Таблица 2. Некоторые параметры, усилитель С по сравнению с усилителем D

Specification	Amplifier C	Amplifier D	Units
Small signal bandwidth	6,2	2	MHz
Large signal bandwidth	4,8	0,55	MHz
Gain bandwidth product	8	10	MHz
Slew rate	17 500	3 300	V/us
10 MHz THD	-94	-88	dBc
Output current	40	N/A	mA
Input noise	1,25	1,1	nV/√(Hz)
Supply current	54	52	mA

Ширина полосы пропускания сильного сигнала не коррелируется с шириной полосы пропускания слабого сигнала, а также не коррелируется с характеристиками по искажениям. Однако она хорошо коррелируется со скоростью нарастания выходного напряжения. Действительно, это единственный случай, когда два параметра тесно связаны. Способность усилителя создавать сигнал большой амплитуды зависит от максимально возможной скорости нарастания выходного напряжения усилителя.

Как и ширина полосы пропускания сильного сигнала, другие параметры, например шум на входе и ток потребления, не коррелируются с шириной полосы пропускания слабого сигнала. Действительно, можно понять, почему при поиске маломощного, малошумящего усилителя можно на самом деле предпочесть усилитель А усилителю В. Между усилителем С и усилителем D выбор даже проще. За исключением очень небольшой разницы по шуму, усилитель С явно лучше.

Заключение

В то время как ширина полосы пропускания слабого сигнала зачастую является ведущей характеристикой с точки зрения маркетинга усилителей, она не представляется такой уж полезной, когда усилитель подбирают для конкретного применения в действительности. Когда я подыскиваю усилитель, чтобы рекомендовать его заказчикам, я, конечно же, смотрю на числовое значение полосы пропускания слабого сигнала, но я очень быстро перехожу к просмотру и других ключевых характеристик, таких как искажения, скорость нарастания выходного напряжения, шум на входе, а также ток потребления и уровни питающего напряжения.

Tags: Усилители, компараторы и ключи

Разница между усилением усилителя и усилением антенны

You are here: Home / FAQ / Разница между усилением усилителя и усилением антенны

3 февраля 2022 г. Автор: David Herres Оставить комментарий

Усиление усилителя и антенны может звучать одинаково, и оба они могут быть выражены в децибелах, но на самом деле они являются мерами двух разных вещей.

В усилителе усиление — это просто отношение выходного сигнала к входному. Прирост не имеет единиц измерения, так как это отношение. Однако усиление усилителя часто выражается в децибелах, сокращенно дБ. Это логарифм по основанию 10 отношения выход/вход, умноженный на коэффициент 10.

Усиление = 10 log ₁₀ [Выход/Вход] дБ

Выражение в дБ позволяет отображать усиление на полулогарифмической или логарифмической диаграмме в зависимости от частоты усилителя, времени или другого интересующего параметра. Этот метод используется для удобства, поскольку коэффициент усиления усилителей может изменяться в широком диапазоне значений. Использование логарифмической шкалы позволяет получить компактные графики при построении зависимостей коэффициента усиления.

Зависимость коэффициента усиления очевидна, когда вход и выход представляют собой напряжение или когда вход и выход представляют собой электрический ток. Что может запутать, так это в случае трансрезистивного усилителя, где вход — это ток, а выход — напряжение, и транскондуктивного усилителя, где вход — это напряжение, а выход — ток. Вы также найдете ссылки на трансимпедансные усилители. В основном это трансрезистивные усилители, которые обычно преобразуют ток фотодиода (а иногда и других датчиков, генерирующих ток) в напряжение. Во всех случаях усиление по-прежнему является отношением выхода к входу, и усиление в дБ по-прежнему рассчитывается одинаково, даже если единицы измерения знаменателя и числителя могут быть разными.

Усиление антенны — немного неправильное название, поскольку оно подразумевает увеличение напряжения на выходном порту по сравнению с входным портом. На самом деле усиление антенны рассчитывается путем сравнения измеренной мощности, передаваемой или принимаемой антенной в определенном направлении, с мощностью, передаваемой или принимаемой гипотетической идеальной антенной в тех же условиях. Таким образом, в отличие от усилителей, антенны не имеют источника питания, обеспечивающего усиление.

Если сравнивать с идеальной (без потерь) антенной, излучающей или принимающей энергию одинаково во всех направлениях, усиление измеряется в дБи (децибелы-изотропные). Иногда сравнивают с идеальной полуволновой дипольной антенной, имеющей коэффициент усиления 2,15 дБ. В этом случае усиление измеряется в дБд (децибел-диполь).

Следует отметить, что в отрасли наземной подвижной связи коэффициент усиления антенны обычно выражается в дБд. Когда производители антенн указывают коэффициент усиления в дБ, они часто имеют в виду дБд. Но дБ и дБи — разные единицы измерения. Соотношение между ними составляет дБи = дБд + 2,15.

Таким образом, антенна на 3 дБ имеет такое же усиление, как и антенна на 5 дБи. Направление распространения мощности является ключевым качеством антенны. Усиление часто представляется в виде диаграммы направленности, где радиус графика находится в децибелах, часто нормированных к максимальному значению для конкретной тестируемой антенны или изотропного излучателя. Направление, имеющее наибольшую мощность, считается главным лепестком; точно напротив основного лепестка находится задний лепесток, а любые другие нежелательные или непреднамеренные характеристики излучения называются боковыми лепестками. Если в спецификации антенны не указано направление, коэффициент усиления относится к пиковому значению в направлении главного лепестка антенны.

Например, коллинеарная антенна, ориентированная с востока на запад, с усилением 6,41 дБд сможет передавать или принимать мощность сигнала, в четыре раза превышающую мощность идеальной дипольной антенны, в восточном и западном направлениях. Небольшая мощность сигнала будет излучаться в северном и южном направлениях.

Из-за взаимности усиление приемной антенны такое же, как и при передаче антенны. Есть несколько других параметров антенны, которые определяются с точки зрения усиления антенны. Для данной частоты эффективная площадь антенны A (также называемая эффективной апертурой) равна отношению принимаемой мощности, доступной на клеммах антенны, к мощности на единицу площади в падающей волне. Для всех антенн A связано с коэффициентом усиления G на заданной длине волны λ соотношением A/G=λ ² /4π.

Усиление антенны также может быть выражено как отношение мощности, передаваемой в определенном направлении, к определенной контрольной точке. Соотношение между усилением антенны и эффективностью антенны есть G = ε x D, где D — коэффициент направленного действия, а ε — эффективность. Эффективность антенны — это то, сколько радиочастотной мощности, подаваемой на антенну (от передатчика), фактически передается в эфир. Эффективность передающей антенны равна общей излучаемой мощности, деленной на входную мощность, ε =P _o /P _в . Направленность антенны D представляет собой максимальную интенсивность излучения антенны Imax, деленную на среднюю интенсивность излучения антенны I _ave . Таким образом, D = 4πI _max /I _ave .

 

Рубрики: FAQ, Рекомендуемые, Новые статьи с тегами: FAQ

Усилитель с усилением — обзор

ScienceDirect

RegisterSign in

Усилители с регулируемым усилением используются для обеспечения совместимости или частичной компенсации функции R4 для режимов с низкой частотой повторения импульсов.

Из: Air and Spaceborne Radar Systems, 2001

PlusAdd to Mendeley

Говард Аустерлиц, в методах сбора данных с использованием ПК (второе издание), 2003

Programmable-Gain Amplifiers (PGAsmingain Amplifiers)

5 Programmable-Gain Amplifiers

5 представляют собой особый класс инструментальных усилителей с выбираемым усилением либо посредством выбора внешних компонентов, либо, что чаще, с помощью цифровых линий управления. Они используются в системах сбора данных, чтобы обеспечить программное управление аналоговым усилением, адаптируя степень усиления к текущей задаче. Типичные PGA имеют десятичные (1×, 10×, 100×, 1000×) или двоичные (1×, 2×, 4×, 8×) настройки усиления, используя всего несколько цифровых линий управления.

Эти управляющие сигналы обычно используются для выбора различных значений внутреннего резистора обратной связи для изменения коэффициента усиления. Некоторые PGA имеют несколько усилителей, сконфигурированных для разных значений усиления, и цифровое управление выбирает, какой выход усилителя используется.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780120683772500036

0003

7.1.2 Архитектура и стратегия АРУ

Архитектура АРУ ​​состоит из компонентов аналогового усиления и аттенюатора, алгоритма цифровой обработки сигналов, который оптимально регулирует регулировку усиления, и элемента управления в виде шины управления или дискретного управления. линии, управляющие аналоговыми компонентами. Аналоговые компоненты, такие как LNA, усилитель пост-микшера (PMA), усилители с регулируемым коэффициентом усиления (VGA) и аттенюаторы, стратегически размещены в линейке приемника. Простой пример, изображающий элементы с регулируемым и фиксированным усилением, показан на рисунке 7.3. Многие конструкции AGC сопровождаются регулировкой цифрового усиления в DSP или ASIC в зависимости от реализации модема с фиксированной точкой.

РИСУНОК 7.3. Супергетеродинный приемник с LNA и VGA, управляемый алгоритмом AGC. МШУ, малошумящий усилитель; VGA, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления; АРУ, автоматическая регулировка усиления; АЦП, аналого-цифровой преобразователь; BDF, полосовой фильтр определения; BPF, полосовой фильтр; RFA, RF-усилитель; ФНЧ, фильтр нижних частот.

МШУ размещается на переднем конце приемника, как обсуждалось в главе 3. Цель состоит в том, чтобы разместить МШУ как можно ближе к антенне и, следовательно, снизить коэффициент шума приемника, максимизировать ОСШ полезного сигнала, в то же время усиливать входящий слабый сигнал. На усиление и коэффициент шума LNA сильно влияет используемый процесс изготовления. Другие каскады с регулируемым усилением, такие как PMA, расположены дальше по цепочке приемника. При низкой мощности сигнала каскады усиления обычно устанавливаются на максимальное усиление. В этом случае, как упоминалось ранее в главе 3, коэффициент шума системы обычно доминирует над работой приемника. С другой стороны, при высокой мощности входного сигнала каскады усиления приемника устанавливаются на низкий уровень. В этом случае МШУ работает с малым усилением или вообще зашунтирован. В этих обстоятельствах линейность приемника, а не его коэффициент шума, играет ключевую роль в влиянии на его характеристики. Однако разработчик, стремясь максимизировать отношение сигнал-шум полезного сигнала, должен помнить о сложности приемника и потреблении тока. В случае LNA, например, IIP3 напрямую связан с потребляемым током, который является более высокой точкой IIP3 и обычно подразумевает более высокое потребление тока в устройстве. Другими важными конструктивными параметрами, влияющими на характеристики МШУ, но не связанными напрямую с регулировкой усиления, являются обратная развязка, обратные потери на входе/выходе и импеданс.

Другие усилители с программируемым коэффициентом усиления, следующие за МШУ, могут работать на промежуточной частоте (ПЧ) или основной полосе частот. Линейность и коэффициент усиления этих устройств зависят от их расположения в приемной цепи и требуемого динамического диапазона приемника. Одним из распространенных типов программируемых усилителей является VGA. В зависимости от архитектуры приемника VGA может быть размещен либо на ПЧ в приемнике с двойным преобразованием, например, ¹ , либо в основной полосе частот, как это всегда бывает в приемнике с прямым преобразованием. Усиление VGA может регулироваться непрерывно или ступенчато, как это обычно бывает. В архитектуре, где VGA размещается на ПЧ, требуется только один усилитель. С другой стороны, если VGA размещается после квадратурных смесителей в основной полосе частот, как показано на рисунке 7. 3, тогда потребуются два устройства VGA. В этом случае может потребоваться калибровка, чтобы гарантировать, что синфазное и квадратурное усиление VGA находятся в пределах погрешности.

ПРИМЕР 7.1 СТРАТЕГИЯ УПРАВЛЕНИЯ УСИЛЕНИЕМ

Рассмотрим схему приемников, описанную в таблице 7.1. Порядок компонентов в составе приемника соответствует составу, указанному в таблице 7.1. Предположим для этого примера, что на коэффициент шума и IIP3 отдельных компонентов не влияет состояние их коэффициентов усиления. Кроме того, предположим, что мощность входного сигнала варьируется в пределах чувствительности от -95 до -25 дБм. Предположим, что VGA программируется с шагом 2 дБ, а LNA и PMA программируются в режимах высокого и низкого усиления. Высокий коэффициент усиления МШУ составляет 16,5 дБ, а низкий коэффициент усиления — 4,5 дБ. Точно так же высокое усиление PMA составляет 10 дБ, а низкое усиление — 2 дБ. Усиление VGA варьируется от 2 дБ при низком усилении до 46 дБ при высоком усилении. Предположим, что при приведенной ниже схеме сигнал достигает АЦП на оптимальном уровне. Предположим, что полоса пропускания полезного сигнала составляет 5 МГц, а требуемое отношение сигнал-шум для удовлетворительной демодуляции полезного сигнала составляет 3 дБ. Все расчеты выполняются при комнатной температуре. Определите стратегию усиления AGC. Цель этого примера не в том, чтобы охватить все краеугольные случаи стратегии АРУ, такие как точное размещение каскадов усиления и аттенюаторов, а в том, чтобы предоставить простой иллюстративный пример.

Таблица 7.1. Receiver Lineup for Example 7.1

Parameter	Band Definition Filter	Band Switch	Duplexer	LNA	Tx Notch	Mixer	PMA	Attenuator	LP Filter/Gain	VGA	ADC
NF (dB)	0. 8	1.3	2.4	1.9	1.2	10.5	9	0.8	19	14.5	40
In-band IIP3 (dBm)	50	60	40	6	10.3	30	35	28.6	15	10	40
In-band gain (dB)	−0.8	−1.3	−2.4	16.5	−0.2	−1.75	10	−0.25	9	46	0

Хорошая стратегия управления усилением обеспечивает линейное увеличение или уменьшение совокупного усиления приемника в зависимости от мощности принимаемого сигнала. Это, в свою очередь, гарантирует, что принимаемый сигнал на АЦП имеет в среднем один и тот же уровень мощности сигнала для любой мощности принятого сигнала. Кроме того, общее отношение сигнал-шум приемника как функция совокупного усиления должно монотонно возрастать по мере уменьшения совокупного усиления.

Для данной линейки при высоком усилении коэффициент шума и кумулятивный IIP3 приемника вычисляются, как показано в таблице 7.2, с использованием методов, разработанных в предыдущих главах.

Таблица 7.2. Receiver Lineup Analysis Showing Receiver Noise Figure and Cumulative IIP3

133

Parameter	Band Definition Filter	Band Switch	Duplexer	LNA	Tx Notch	Mixer	PMA	Attenuator	LP Filter/Gain	VGA	ADC
NF (dB)	0.8	1.3	2.4	1.9	1.2	10.5	9	0.8	19	14.5	40
NF linear	1.202264435	1. 348962883	1.73780083	1.548817	1.318257	11.22018	7.943282	1.202264435	79.43282347	28.18383	10,000
In-band IIP3 (dBm)	50	60	40	6	10.3	30	35	28.6	15	10	40
In-band IIP3 linear	100,000	1,000,000	10,000	3.981072	10.71519	1000	3162.278	724.4359601	31.6227766	10	10,000
In-band gain (dB)	−0.8	−1.3	−2.4	16.5	−0.2	−1.75	10	−0.25	9	46	0
In-band gain linear	0.831763771	0.741310241	0. 57543994	44.66836	0.954993	0.668344	10	0.944060876	7.943282347	39,810.72	1
Aggregate gain linear	1	0.831763771	0.616595	0.354813	15.84893	15.13561	10.11579	101.1579454	95,49	758,5776	30 199 517
Суммарный коэффициент усиления (дБ)	0	−0,8 −9 −9 −9 −9 −9 −9 −9 −9 −9 −132
−4.5	12	11.8	10.05	20.05	19.8	28.8	74.8
Aggregate NF linear	1.202264435	1.621810097	2.81838293	4.385239	4.385239	5.06048	5.748859678	6.570152164	6.605987	6.605987	6.606319
. 0133	2.1	4.5	6.4	6.419933	7.041917	7.594306	7.595817082	8.175754279	8.199377	8.199595
Agg Gain/IIP3 linear	0.00001	8.31764E-07	6,166E-05	0,089125	1,479108	0,015136	0,0013199	0,139636836	3,0132 0,139636836	3,019132	0,139636836	3,0132 0,139636836	3,0132 0,139636836..952
Aggregate IIP3 linear	0.000322523
Aggregate IIP3 (dBm)	−34.	539
Aggregate NF (dB)	8.199595096

The SNR due to thermal noise, the SDR due to IIP3, and the total SNR are shown in Table 7. 3.

Таблица 7.3. SNR, SDR и общая SNR, рассчитанная по чувствительности, например, 7.1

77777 2 2772 2132. 3.16228E-1011110 3,737859020 2,73785902 варьируется от 46 до 2 дБ. Это решение имеет смысл, поскольку снижение коэффициента усиления VGA при малой мощности принимаемого сигнала почти не влияет на общий коэффициент шума приемника, как показано на рисунке 7. 4. В конструкции приемника в общем SNR преобладает коэффициент шума приемника при низком уровне сигнала. Следовательно, снижение коэффициента усиления VGA, как правило, оказывает наименьшее влияние на характеристики коэффициента шума приемника.

РИСУНОК 7.4. Усиление VGA в зависимости от мощности принимаемого сигнала варьируется от -95 до -51 дБм. VGA, усилитель с переменным коэффициентом усиления, SNR, отношение сигнал/шум. (Цветную версию этого рисунка читатель может найти в онлайн-версии этой книги.)

Обратите внимание, что если мощность сигнала упадет, например, с −51 до −49 дБм, усиление LNA или PMA уменьшится. упадет, так как VGA теперь имеет самый низкий уровень усиления 2 дБ. Очевидно, чтобы поддерживать монотонное увеличение общего SNR и не увеличивать резко коэффициент шума, усиление PMA устанавливается на низкое усиление или 2 дБ. Однако, поскольку кумулятивное усиление должно измениться только на 2 дБ, изменение настройки усиления в PMA с высокого (10 дБ) на низкое (2 дБ) изменяет кумулятивное усиление на 8 дБ. Следовательно, VGA должен компенсировать это увеличением своего усиления на 6 дБ, чтобы сохранить линейное уменьшение совокупного усиления на 2 дБ и поддерживать монотонное увеличение общего отношения сигнал-шум, как графически показано на рисунке 7.5. Обратите внимание, что уменьшение усиления PMA от высокого к низкому сопровождается одновременным увеличением усиления VGA. То есть изменение усиления как VGA, так и PMA должно происходить до получения каких-либо новых данных. И коэффициент шума, и кумулятивный коэффициент усиления монотонно увеличиваются и уменьшаются соответственно.

РИСУНОК 7.5. Усиление VGA и усиление PMA для мощности входного сигнала в диапазоне от -59 до -45 дБм. (Чтобы увидеть цветную версию этого рисунка, читатель может обратиться к онлайн-версии этой книги.)

Любое снижение мощности сигнала в этой точке, с -45 дБм до, скажем, -43 дБм, должно включать изменение коэффициента усиления МШУ. от высокого к низкому. Как и в случае PMA, разница между настройками высокого и низкого усиления МШУ составляет 12 дБ, что на 10 дБ выше требуемого шага в 2 дБ. В реальной конструкции ухудшение из-за нелинейности приемника может начать влиять на общее отношение сигнал-шум. Чтобы компенсировать усиление в 10 дБ из-за изменения усиления LNA с высокого на низкое и, следовательно, сохранить линейное кумулятивное усиление, увеличиваются как усиление PMA, так и усиление VGA. Усиление PMA установлено на высокое значение или 10 дБ, а усиление VGA увеличено с 2 до 4 дБ. Аналогичный шаг происходит при изменении мощности сигнала с -41 до -39.дБм. В этом случае усиление PMA изменяется от высокого к низкому, усиление LNA остается низким, а усиление VGA изменяется от 2 до 8 дБ. Любое дальнейшее увеличение мощности сигнала компенсируется уменьшением усиления VGA, пока оно не достигнет минимального значения усиления 2 дБ. Весь этот процесс изображен на рисунке 7.6. Обратите внимание, что увеличение мощности сигнала выше этой точки напрямую влияет на производительность АЦП и может вызвать клиппирование при сжатии аналогового входного каскада. Рисунок 7.7 иллюстрирует стратегию формирования линейки усиления для всей цепочки получателей.

РИСУНОК 7.6. Усиление VGA, PMA и LNA для входного сигнала в диапазоне от -51 до -33 дБм. VGA, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления; PMA, постмикшерный усилитель; МШУ, малошумящий усилитель. (Чтобы получить цветную версию этого рисунка, читатель может обратиться к онлайн-версии этой книги.)

РИСУНОК 7.7. Установки линейки усиления для VGA, PMA и LNA в зависимости от совокупного усиления, SNR, SDR и общего SNR. VGA, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления; PMA, постмикшерный усилитель; МШУ, малошумящий усилитель; SNR, отношение сигнал/шум. (Чтобы получить цветную версию этого рисунка, читатель может обратиться к онлайн-версии этой книги.)

Просмотр GuplePurchase Book

Читать полную главу

URL: https://www.sciendirect.com/science/article/pii/b978012378640100007x

Walt Kester, James Bryant, in op apmp Application.

Запрограммированный ЦАП PGA

В другой конфигурации PGA используется ЦАП в контуре обратной связи операционного усилителя для регулировки усиления с цифровым управлением, как показано на рис. 2-41. Цифровой код ЦАП управляет его ослаблением по отношению к опорному входу V _REF , функционально аналогичен потенциометру. Ослабление сигнала обратной связи увеличивает усиление с обратной связью.

Рисунок 2-41. PGA с двоичным усилением, использующий ЦАП в цепи обратной связи операционного усилителя

Для неинвертирующего PGA этого типа требуется умножающий ЦАП с выходом в режиме напряжения. Обратите внимание, что умножающий ЦАП — это ЦАП с широким диапазоном опорных напряжений, включающим в себя ноль. Для большинства применений PGA опорный вход должен быть способен обрабатывать биполярные сигналы. AD7846 — это 16-разрядный преобразователь, отвечающий этим требованиям. В этом приложении он используется в стандартном 2-квадрантном режиме умножения.

OP113 — это малошумящий усилитель с малым дрейфом, но выбор усилителя является гибким и зависит от предполагаемого применения. Диапазон входного напряжения зависит от размаха выходного сигнала AD7846, который на 3 В меньше положительного источника питания и на 4 В выше отрицательного источника питания. В контуре обратной связи для стабильности используется конденсатор емкостью 1000 пФ.

Коэффициент усиления схемы устанавливается путем настройки цифровых входов ЦАП в соответствии с уравнением, приведенным на рис. 2-41. Д ₀₋₁₅ представляет собой десятичное значение цифрового кода. Например, если бы все биты были установлены высокими, выигрыш был бы 65 536/65 535 = 1,000015. Если восемь младших значащих битов установить в высокий уровень, а остальные — в низкий, коэффициент усиления составит 65 536/255 = 257. Полоса пропускания схемы довольно высока: 4 МГц для коэффициента усиления +1. Однако это уменьшается с усилением, и для усиления 256 полоса пропускания составляет всего 600 Гц. Если бы произведение усиления на полосу пропускания было постоянным, полоса пропускания при усилении 256 должна составлять 15,6 кГц; но внутренняя емкость ЦАП снижает полосу пропускания до 600 Гц.

Характеристики производительности этого двоичного PGA представлены на рис. 2-42.

Рисунок 2-42. Двоичное усиление PGA performance

Точность усиления схемы определяется разрешением ЦАП и настройкой усиления. При усилении 1 все биты включены, а точность определяется спецификацией DNL ЦАП, которая составляет максимум ±1 LSB. Таким образом, точность усиления эквивалентна 1 LSB в 16-битной системе, или 0,003%.

Однако, чем больше коэффициент усиления, тем меньше включенных битов. Для коэффициента усиления 256 включается только бит 8. Точность усиления по-прежнему зависит от ±1 LSB DNL, ​​но теперь это сравнивается только с младшими восемью битами. Таким образом, точность усиления снижается до 1 LSB в 8-битной системе, или 0,4%. Если усиление увеличивается выше 256, точность усиления снижается еще больше. Разработчик должен определить приемлемый уровень точности. В этой конкретной схеме усиление было ограничено 256.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL-адрес: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780750678445501223

Charles J. Fraser, in Mechanical Engineer’s Reference Edition, Charles J. Fraser, in Mechanical Engineer’s Reference Edition. 1994

2.3.14.2 Усилитель с единичным усилением

На рис. 2.80 показан усилитель с единичным усилением, в цепи которого нет внешних резисторов. Усилитель с единичным усилением также известен как повторитель напряжения или буферный усилитель. Этот тип схемы усилителя часто используется в контрольно-измерительных системах, где внутреннее сопротивление преобразователя, генерирующего напряжение, и прибора, регистрирующего напряжение, настолько плохо согласованы, что напряжение преобразователя серьезно ослабляется. Такая ситуация возникает, когда внутреннее сопротивление преобразователя велико по сравнению с сопротивлением регистрирующего прибора. Поскольку буферный усилитель имеет большой входной импеданс и низкий выходной импеданс, его можно подключить к преобразователю и записывающему прибору для обеспечения оптимального согласования импедансов. Это обеспечивает низкий импеданс источника и высокий импеданс назначения между датчиком и усилителем, а также между усилителем и инструментом.

Рисунок 2.80. Усилитель с единичным коэффициентом усиления

Суммирование напряжений вокруг усилителя на рис. 2.80 дает

V1+Va=Vo

Поскольку внутреннее сопротивление усилителя очень велико, то V _a фактически равно нулю, а коэффициент усиления равен

(2,109). )Vo/V1=1

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать всю главу

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780750611954500063

2005

Усилители с регулируемым коэффициентом усиления (VGA) с автоматической регулировкой усиления (AGC)

Широкополосные усилители с регулируемым коэффициентом усиления и малыми искажениями находят широкое применение в системах связи. Одним из примеров является автоматическая регулировка усиления (АРУ) в радиоприемниках. Обычно принимаемая энергия имеет большой динамический диапазон из-за изменчивости пути распространения, что требует сжатия динамического диапазона в приемнике. В этом случае полезная информация находится в огибающей модуляции (независимо от режима модуляции), а не в абсолютной величине несущей. Например, несущая 1 МГц, модулированная на частоте 1 кГц с глубиной модуляции 30 %, будет передавать одну и ту же информацию независимо от того, находится ли уровень принимаемой несущей на уровне 0 дБмВт или −120 дБмВт. Некоторый тип автоматической регулировки усиления (АРУ) в приемнике обычно используется для восстановления амплитуды несущей до некоторого нормализованного опорного уровня при наличии больших входных флуктуаций. Цепи АРУ представляют собой компрессоры динамического диапазона, которые реагируют на некоторую метрику сигнала (часто среднюю амплитуду), полученную в течение интервала, соответствующего многим периодам несущей.

Следовательно, им требуется время, чтобы приспособиться к изменениям уровня принимаемого сигнала. Время, необходимое для реагирования на внезапное увеличение уровня сигнала, можно сократить, используя методы обнаружения пиков, но с некоторой потерей надежности, поскольку пики переходных шумов теперь могут активировать цепи обнаружения АРУ. Нелинейная фильтрация и концепция «АРУ с задержкой» могут быть полезны при оптимизации системы АРУ. На практике можно найти множество компромиссов; На рис. 6-140 показана базовая система АРУ.

Рисунок 6-140. Типичная система автоматической регулировки усиления (АРУ)

Интересно отметить, что контур АРУ фактически имеет два выхода . Более очевидным выходным сигналом, конечно же, является сигнал со стабилизированной амплитудой. Менее очевидным выходом является управляющее напряжение на VCA. На самом деле это напряжение является мерой средней амплитуды входного сигнала. Если система точно масштабируется, управляющее напряжение может использоваться в качестве меры входного сигнала, который иногда также называют индикатором мощности принятого сигнала (RSSI).

Этот последний пункт, учитывая достаточно точный закон управления усилением VCA, позволяет реализовать приемную систему, откалиброванную для уровня входящего сигнала.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www. sciencedirect.com/science/article/pii/B9780750678445501454

Применение

Аттенюатор с цифровым управлением и PGA

Схема, показанная на рис. 364.2, использует LTC1590 для создания аттенюатора с цифровым управлением с использованием ЦАП A и усилителя с программируемым усилением (PGA) с использованием ЦАП B. Коэффициент усиления аттенюатора устанавливается с помощью следующего уравнения:

Рисунок 364.2. ЦАП LTC1590 сконфигурирован как аттенюатор (ЦАП A) и усилитель с программируемым усилением (ЦАП B), каждый из которых имеет диапазон 72 дБ

VOUT=-VIND2n=-VIND4096

, где: выходное напряжение

V _в = входное напряжение

n = Разрешение DAC в битах

D = Значение кода, применяемое к DAC

. шаги. Код 0 полностью ослабляет входной сигнал.

Коэффициент усиления PGA устанавливается по следующей формуле:

VOUT=-VIN2nD=-VIN4096D

где:

В _OUT  = выходное напряжение

V _в = входное напряжение

n = Разрешение DAC в битах

D = значение кода, применяемое к DAC

. Получитель применяется от DAC

. Получите является настройкой. шаги. Код 0 не имеет смысла, так как это приводит к бесконечному усилению, и усилитель работает без обратной связи. В любой конфигурации коэффициенты усиления аттенюатора и PGA устанавливаются с точностью до 12 бит.

Усиленный аттенюатор и аттенюатор PGA

Дальнейшая модификация базового аттенюатора и PGA показана на рис. 364.3. В этой схеме схема аттенюатора ЦАП А изменена, чтобы дать выходному усилителю коэффициент усиления, определяемый соотношением резисторов R3 и R4. Уравнение для этого аттенюатора с выходным усилением:

Рисунок 364.3. Незначительные дополнения к схеме, показанной на рис. 364.1, повышают ее гибкость за счет добавления усиления к аттенюатору (DAC A) и ослабления к PGA (DAC B)

VOUT=-VIND2nR3+R4R3=-VIND256

усиление имеет диапазон от 0 до приблизительно -16. Этот диапазон легко изменить, изменив соотношение резисторов R3 и R4. В другой половине схемы на вход ЦАП B добавлен аттенюатор, сконфигурированный как PGA. Уравнение для этого PGA с затуханием на входе:

VOUT=-VIN2nDR1R1+R2=-VIN256D

Задает диапазон усиления примерно от -1/16 до -256. Опять же, код 0 не имеет смысла. Этот диапазон можно изменить, изменив соотношение R1 и R2.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128000014003641

Marc T. Thompson Ph.D. Издание второе), 2014 г.

Пример 11.3: Усилитель с единичным усилением

Далее мы рассмотрим численный пример, предполагая операционный усилитель с передаточной функцией без обратной связи

(11,22)a(s)=105(0,1s+1)(10−5s +1)

Операционный усилитель подключен как усилитель с единичным коэффициентом усиления (рис. 11.21(а)), с результирующей блок-схемой на рис. 11.21(б). Мы применим тест запаса по фазе и оценим пиковое превышение переходной характеристики и пик частотной характеристики. Негатив Л.Т. для этой системы:

РИСУНОК 11.21. Усилитель с единичным усилением для примера 11.3. (а) Цепь. (б) Блок-схема. (Чтобы получить цветную версию этого рисунка, читатель может обратиться к онлайн-версии этой книги.)

(11,23)−LT=105(0,1s+1)(10−5+1)

Когда мы наносим величину − a ( s ) f ( s ), мы видим частота перехода 3,08 × 10 ⁵ рад/с и запас по фазе 18° (рис. 11.22). Далее давайте оценим коэффициент демпфирования, выброс пика переходной характеристики и пик частотной характеристики.

РИСУНОК 11.22. Негатив Л.Т. a ( s ) f ( s ) для схемы в примере 11.3, показывающей частоту кроссовера ω _c  = 3,08 × 10 ⁵ рад/с и запасом по фазе ϕ _м  = 18°. (За цветной версией этого рисунка читатель может обратиться к онлайн-версии этой книги.) πς1−ζ2→Po≈1,58

Когда мы сравниваем эти оценки с частотной характеристикой замкнутого контура (рис. 11.23) и единичной переходной характеристикой замкнутого контура (рис. 11.24), мы видим, что тест запаса по фазе хорошо оценивает эти параметры.

РИСУНОК 11.23. Частотная характеристика с обратной связью для усилителя с единичным усилением в примере 11.3, показывающая частотную характеристику с пиком M _p ∼ 10 дБ. (Чтобы получить цветную версию этого рисунка, читатель может обратиться к онлайн-версии этой книги.)

РИСУНОК 11.24. Переходная характеристика устройства с обратной связью для усилителя с единичным усилением в примере 11.3, показывающая переходную характеристику с пиком P _o ∼ 1,6.

Посмотреть главуКнига покупок

Читать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780124058668000115

Морган Джонс, в Valve Amplifiers (Fourth Edition), 2012

3

Использование a ранее регулятор уровня Norton представлял собой усилитель с высоким коэффициентом усиления, который усиливает шум своего опорного напряжения.

Проблему шума можно решить различными способами:

•

Уменьшить шум, создаваемый эталоном. Диоды с прямым смещением производят меньше шума, поэтому могут быть полезны красные светодиоды. Если необходимо использовать диод более высокого напряжения с обратным смещением, используйте 5,6 В, потому что это настоящий стабилитрон и тише, чем более высокие напряжения (которые являются лавинными).

•

Шум сам по себе не проблема; это становится проблемой, когда напряжение сигнала достаточно низкое, что нарушает соотношение сигнал/шум. Решение: не используйте регуляторы уровня Norton в предусилителях.

•

Если шум может стать синфазным, то он может быть подавлен дифференциальной парой. Это самая мощная индивидуальная техника.

Не пытайтесь получить все необходимое преимущество в шуме с помощью одного единственного метода — всегда лучше использовать комбинацию небольших преимуществ, которые в сумме дают большое преимущество.

Несколько лет назад автор взял 40 N-канальных и P-канальных МОП-транзисторов в барахолке и, пропустив их через свой запоздало оплакиваемый анализатор кривых, обнаружил две достаточно комплементарные пары. Гибридная идея быстро всплыла на поверхность, в сочетании с желанием использовать некоторые из более малоизвестных клапанов, имеющихся на складе. Ранее автору не удавалось найти применение удивительно высокому г _м (55 мА/В) E55L, но он понял, что он может стать хорошим катодным повторителем для управления высокой емкостью затвора полевых МОП-транзисторов. Небольшие наброски привели к тому, что для схемы потребовался переключатель уровня Norton (см. рис. 3.35).

Рисунок 3.35. Связь по постоянному току с использованием переключателя уровня Norton.

N-канальному полевому МОП-транзистору требуется +5 В на его затворе, чтобы пропустить необходимый ток 1,7 А, в то время как P-канальному полевому МОП-транзистору требуется -6 В, поэтому множитель В _be между затворами позволяет этим напряжениям применяется и ток выходного каскада должен быть установлен. Катодный повторитель E55L имеет приемник постоянного тока силового каскода, изготовленный из MJE340 и BC549 в качестве активной нагрузки. Дифференциальная пара 7N7 имеет хвостовой приемник постоянного тока каскода, который разделяет опорное напряжение стока для E55L. Для балансировки анодных нагрузок неиспользуемый выход 7N7 имеет RC-цепочку на землю для имитации входного сопротивления катодного повторителя E55L. Входная дифференциальная пара ECC808 достаточно традиционна, за исключением того, что она имеет анодные нагрузки источника постоянного тока для улучшения ее линейности при работе от положительного ВТ только +150 В.

Поскольку дифференциальная пара 7N7 напрямую соединена с катодным повторителем E55L, ее сетки должны иметь напряжение отрицательного HT или близкое к нему, однако ожидается, что аноды ECC808 будут иметь напряжение +123 В. Таким образом, проблема состоит в том, чтобы соединить два каскада по постоянному току с минимальным шумом.

Произвольный выбор 1 МОм для верхнего резистора регулятора уровня предполагает, что ток, проходящий через него, будет ≈250 мкА. Нам нужно знать этот ток, потому что это расчетный ток для стока постоянного тока. Если мы выберем опорное напряжение 6,2 В, потребуется 24 кОм. Если рассматривать регулятор уровня как усилитель с общим эмиттером, то можно найти его коэффициент усиления. I _c = 250 мкА, поэтому г _м = 35 I _c = 35 × 0,25 = 8,75 мА/В. Коэффициент усиления усилителя равен А _v = г _м · R _L =8,75×1000=8750. Однако усилитель имеет значительную обратную связь из-за нешунтированного эмиттерного резистора 24 кОм, поэтому мы можем использовать уравнение обратной связи:

В качестве альтернативы, теперь, когда мы знаем, что усиление до обратной связи, вероятно, будет большим, мы можем просто использовать приближение:

Av=RCRe=1,00024=41,7

Значение этого упражнения заключается в том, что большее опорное напряжение снижает коэффициент усиления усилителя из-за высокого значения R _e , которое оно обеспечивает. Хотя красный светодиод на 1,6 В будет, возможно, на 9 дБ тише, чем стабилитрон на 5,6 В, он обеспечит усиление CCS на 14 дБ, что в этом примере сделает его на 5 дБ более шумным.

Если регуляторы уровня используют общий (потенциально зашумленный) опорный сигнал постоянного тока, его шум усиливается идентично, поэтому он представляется дифференциальной паре как синфазный шум, который он может отклонить. Чтобы гарантировать, что шум остается синфазным, резисторы эмиттера и 1 МОм должны быть согласованы, поэтому необходимы типы с допуском 0,1%. На высоких частотах подавление синфазного сигнала дифференциальной пары ухудшается, но если мы зашунтируем резисторы 1 МОм конденсаторами, чтобы сформировать ступенчатую цепь, затухание шума регулятора уровня увеличивается с частотой, стремясь компенсировать падение CMRR дифференциальной пары.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780080966403000034

Philip Karantzalis, Analog Circuit Design, Jim Mahoney Volume15, Three in

Автодиапазон расширяет входной динамический диапазон

Контур автодиапазона на рис. 488.1 использует усилитель с программируемым усилением (PGA) LTC6910-2 для обеспечения усиления перед LTC1966. Под управлением 3-битного входного кода LTC6910-2 обеспечивает усиление в двоично-взвешенном приращении (усиление установлено на 1, 2, 4, 8, 16, 32 или 64). Повторитель операционного усилителя LT1783 буферизует выход постоянного тока LTC1966 и управляет оконным компаратором на основе LT6700-1 (LT6700-1 сочетает в себе два низковольтных компаратора микромощности с источником опорного напряжения 400 мВ). Двухуровневый компаратор имеет два логических выхода, которые переходят в низкий уровень, когда выходное напряжение постоянного тока выходит за пределы или ниже двух предварительно установленных пороговых уровней. Выходы компаратора позволяют синхронизировать прямой/обратный счетчик, который увеличивает или уменьшает входное усиление LTC69.10-2 по мере необходимости. Программируемый генератор LTC6900 с одним резистором управляет временем отклика контура автоматического выбора диапазона.

View chapterPurchase book

Read full chapter

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128000014004889

Richard MarkellEditor, in Analog Circuit Design, 2013

MUXOUT/ Контур ADCIN экономит время на преобразование сигнала

Выводы MUXOUT и ADCIN образуют очень гибкий внешний контур, который позволяет PGA и/или обрабатывать аналоговые входные сигналы перед преобразованием. Этот контур также является экономичным способом выполнения кондиционирования, поскольку требуется только один контур вместо одного для каждого канала. На рис. 38.7 показан контур, используемый для антиалиасной фильтрации нескольких аналоговых входов. Выходной сигнал выбранного канала MUX, присутствующий на выводе MUXOUT, подается на резистор R1 фильтра Саллена-Кея. Полоса фильтра ограничивает аналоговый сигнал, и его выход подается на ADCIN. Операционные усилители LT1368 rail-to-rail, используемые в фильтре, при небольшой нагрузке, как в этом приложении, будут качаться в пределах 8 мВ от положительного напряжения питания. Поскольку для всех каналов используется только одна схема, каждый канал имеет одинаковые характеристики фильтра.

Рисунок 38.7. Простая система сбора данных использует преимущества выводов MUX OUT/ADCIN микросхемы LTC1598 для фильтрации аналоговых сигналов перед аналого-цифровым преобразованием article/pii/B9780123978882000389

2.3: Определения усиления усилителя — Engineering LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

46025

Как и при проектировании всех схем, для руководства проектированием используются несколько показателей качества (FOM). Наиболее важным показателем в конструкции усилителя является коэффициент усиления

.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Блок-схема ВЧ-усилителя, включая цепи смещения.

Выдержка из технического паспорта.

\[\begin{array}{ll}{\text{Транзисторная технология:}}&{\text{PHEMT в режиме обеднения}}\\{\text{Модель:}}&{\text{FPD6836P70 от QORVO , Inc.}}\\{\text{Описание:}}&{\text{Малошумящий высокочастотный модуль pHEMT.}}\\{}&{\text{Оптимизирован для малошумящего высокочастотного приложений.}}\\{\text{Сводка:}}&{22\text{дБм выходная мощность (P}1\text{дБ}).}\\{}&{15\text{дБ усиление мощности (G }1\text{ дБ) на частоте }5,8\text{ ГГц, полезное усиление до }18\text{ ГГц.}}\\{}&{0,8\text{ дБ коэффициент шума на частоте }5,8\text{ ГГц, }32 \text{ дБм на выходе IP3 при }5,8\text{ ГГц.}}\\{}&{45\text{% добавленной мощности КПД при }5,8\text{ ГГц.}}\\{}&{\text{ Полезное усиление до }18\text{ ГГц.}}\end{array}\nonumber \]

Сила сигнала (дБМ)	−95
Шум (DBM)	2 –98,7777 2 -й пол шума (DBM)	2 –98,77777 277777 2	2
SDR due to IIP3	60.08560461
1/SDR lin	9.80482E-07
SNR due to noise	3.737869089
1/SNR LIN	0,422876052
Total SNR	3,73785902
10 3,73785902
10 3,73785902
10 3,73785902

Частота \((\text{ГГц})\)	\(|S_{11}|\)	\(\угол S_{11}\) градусов	\(|S_{21}|\)	\(\угол S_{21}\) градусов	\(|S_{12}|\)	\(\угол S_{12}\) градусов	\(|S_{22}|\)	\(\угол S_{22}\) градусов
\(0,500\)	\(0,976\)	\(-20. 9\)	\(11.395\)	\(161.5\)	\(0,011\)	\(78.3\)	\(0,635\)	\(-11,5\)
\(1.000\)	\(0,925\)	\(-41.3\)	\(10.729\)	\(145.1\)	\(0,021\)	\(67.8\)	\(0,614\)	\(-22.2\)
\(2. 000\)	\(0,796\)	\(-78.2\)	\(8.842\)	\(116.7\)	\(0,034\)	\(51.4\)	\(0,553\)	\(-37,9\)
\(3.000\)	\(0,694\)	\(-106.8\)	\(7.180\)	\(94,5\)	\(0,041\)	\(40.4\)	\(0,506\)	\(-48,9\)
\(4. 000\)	\(0,614\)	\(-127.3\)	\(6.002\)	\(76.7\)	\(0,044\)	\(33,9\)	\(0,475\)	\(-57,7\)
\(5.000\)	\(0,555\)	\(-147.0\)	\(5.249\)	\(60.3\)	\(0,048\)	\(28,4\)	\(0,453\)	\(-66,4\)
\(6. 000\)	\(0,511\)	\(-170.2\)	\(4.729\)	\(43.7\)	\(0,052\)	\(23.3\)	\(0,438\)	\(-76.0\)
\(7.000\)	\(0,493\)	\(163,9\)	\(4.261\)	\(26.8\)	\(0,057\)	\(14.0\)	\(0,391\)	\(-87,6\)
\(8. 000\)	\(0,486\)	\(140.4\)	\(3.784\)	\(11.2\)	\(0,057\)	\(6.4\)	\(0,340\)	\(-99.1\)
\(9.000\)	\(0,473\)	\(122.5\)	\(3.448\)	\(-2,4\)	\(0,059\)	\(5.2\)	\(0,332\)	\(-109,6\)
\(10. 000\)	\(0,488\)	\(103,4\)	\(3.339\)	\(-17.3\)	\(0,073\)	\(0,9\)	\(0,355\)	\(-124,8\)
\(11.000\)	\(0,539\)	\(79.8\)	\(3.166\)	\(-35.0\)	\(0,086\)	\(-10.1\)	\(0,349\)	\(-145,6\)
\(12. 000\)	\(0,626\)	\(60.8\)	\(2.877\)	\(-51,9\)	\(0,095\)	\(-21.4\)	\(0,307\)	\(-169,6\)
\(13.000\)	\(0,685\)	\(47.6\)	\(2.604\)	\(-68.2\)	\(0,100\)	\(-32,5\)	\(0,295\)	\(165. 3\)
\(14.000\)	\(0,724\)	\(36.2\)	\(2.392\)	\(-83,8\)	\(0,106\)	\(-43,3\)	\(0,312\)	\(142,7\)
\(15.000\)	\(0,787\)	\(20.9\)	\(2.225\)	\(-99,7\)	\(0,109\)	\(-55. 1\)	\(0,320\)	\(125.4\)
\(16.000\)	\(0,818\)	\(5.2\)	\(2,067\)	\(-116,6\)	\(0,112\)	\(-68,4\)	\(0,340\)	\(103.9\)
\(17.000\)	\(0,831\)	\(-9.6\)	\(1.855\)	\(-134,4\)	\(0,108\)	\(-83,5\)	\(0,373\)	\(76. 1\)
\(18.000\)	\(0,852\)	\(-19,5\)	\(1.603\)	\(-148,6\)	\(0,103\)	\(-94.2\)	\(0,406\)	\(54.7\)
\(19.000\)	\(0,815\)	\(-20,5\)	\(1.440\)	\(-159.3\)	\(0,102\)	\(-103. 0\)	\(0,449\)	\(43.1\)
\(20.000\)	\(0,780\)	\(-26.8\)	\(1.382\)	\(-171.2\)	\(0,106\)	\(-113,5\)	\(0,460\)	\(37,9\)
\(21.000\)	\(0,779\)	\(-46,8\)	\(1.333\)	\(171. 2\)	\(0,109\)	\(-130,7\)	\(0,438\)	\(31.4\)
\(22.000\)	\(0,786\)	\(-62.1\)	\(1,195\)	\(152.0\)	\(0,110\)	\(-148.4\)	\(0,417\)	\(6.0\)
\(23.000\)	\(0,774\)	\(-70. 1\)	\(1.073\)	\(137.2\)	\(0,108\)	\(-162,4\)	\(0,428\)	\(-16,5\)
\(24.000\)	\(0,744\)	\(-81,7\)	\(1.025\)	\(123.5\)	\(0,112\)	\(-175.2\)	\(0,433\)	\(-29.0\)
\(25. 000\)	\(0,704\)	\(-90.9\)	\(1,061\)	\(107.3\)	\(0,132\)	\(170.0\)	\(0,396\)	\(-46,5\)
\(26.000\)	\(0,677\)	\(-111.1\)	\(1.065\)	\(85.8\)	\(0,148\)	\(147.8\)	\(0,298\)	\(-71. 0\)

Таблица \(\PageIndex{1}\): Параметры рассеяния транзистора pHEMT в улучшенном режиме со смещением при \(V_{DS} = 5\text{ V},\: I_{D} = 55\text{ мА},\: V_{GS} = −0,42\text{V}\). Выдержка из технического паспорта дискретного транзистора FPD6836P70 [1].

габаритного усилителя. Существует удивительно большое количество различных определений коэффициента усиления, которые можно использовать на разных этапах процесса проектирования. Каждый из них предоставляет информацию о характеристиках усилителя, а использование полного набора позволяет систематически подходить к проектированию. FOM используются для описания характеристик усилителя, понимания активного устройства, сравнения различных активных устройств и,

Рисунок \(\PageIndex{2}\): параметры, используемые при определении показателей усиления. Входные и выходные согласующие цепи не имеют потерь, поэтому фактическая мощность входного сигнала устройства, \(P_{\text{in}D}\), представляет собой мощность, отдаваемую источником. Точно так же фактическая мощность выходного сигнала, подаваемая на нагрузку, \(P_{L}\), представляет собой мощность, подаваемую активным устройством (транзистором, включая цепь смещения).

Мощность	Описание
\(P_{\text{in}}\)	Фактическая входная мощность, подаваемая на усилитель.
\(P_{Ai}\)	Доступная входная мощность от источника. \(P_{\text{in}}\leq P_{Ai}\). Если \(\text{M}_{1}\) обеспечивает сопряженное сопоставление, как видно из источника, тогда \(P_{\text{in}} = P_{Ai}\).
\(P_{\text{in}D}\)	Фактическая входная мощность устройства, подаваемая на активное устройство. \(P _ {\ text {in} D} \ leq P _ {\ text {in}} \). Если \(\text{M}_{1}\) без потерь, \(P_{\text{in}D} = P_{\text{in}}\).
\(P_{ADo}\)	Доступная выходная мощность активного устройства.
\(P_{Ao}\)	Доступная выходная мощность усилителя. \(P_{Ao}\leq P_{ADo}\). Если \(\text{M}_{2}\) без потерь, \(P_{Ao} = P_{ADo}\).
\(P_{L}\)	Фактическая выходная мощность, подаваемая на нагрузку. Выходная мощность усилителя. \(P_{L}\leq P_{Ao}\). Если \(\text{M}_{2}\) выполняется без потерь и обеспечивает сопряженное сопоставление, \(P_{L} = P_{Ao} = P_{ADo}\).

Таблица \(\PageIndex{2}\)

в сочетании с опытом, чтобы сформулировать представление о том, насколько сложным будет проект.

Величины, используемые в различных определениях усиления, определены на рисунке \(\PageIndex{2}\). Мощность, подаваемая на усилитель, равна \(P_{\text{in}}\), и она равна доступной входной мощности от источника, если источник сопряженно согласован с входной согласующей цепью. Мощность, подаваемая на активное устройство, \(P_{\text{in}D}\), равна входной мощности усилителя, \(P_{\text{in}}\), если входная согласующая схема работает без потерь. . Доступная выходная мощность активного устройства, \(P_{Ao}\), представляет собой фактическую выходную мощность устройства, \(P_{o}\), подаваемую в выходную согласующую сеть, если выход активного устройства сопряженно согласован. . Эта мощность также подается на нагрузку как \(P_{L}\), если \(\text{M}_{2}\) не имеет потерь. В общем,

\[\begin{array}{ll}{P_{\text{in}}=P_{Ai}}&{\text{если генератор сопряженно согласован}}\\{P_{\text{in}} = P_{\text{in}D}}&{\text{if}M_{1}\text{без потерь}}\\{P_{o}=P_{Ao}}&{\text{если} выход активного устройства сопряженно согласован}}\\{P_{L}=P_{o}}&{\text{если}M_{2}\text{без потерь}}\end{массив}\nonumber \]

Эти определения мощности относятся к различным состояниям цепи. Это позволяет разработать ряд различных определений коэффициента усиления, относящихся к разным этапам разработки усилителя и указывающих на максимальную производительность, достижимую от усилителя. Основные определения усиления:

• Коэффициент усиления системы:
  \[\label{eq:1}G=\frac{P_{L}}{P_{\text{in}}} \]
  Коэффициент усиления системы — это фактически отдаваемая мощность к нагрузке относительно входной мощности, отдаваемой источником. Это усиление иногда называют фактическим усилением мощности .
• Коэффициент усиления:
  \[\label{eq:2}G_{P}=\frac{P_{L}}{P_{\text{in,}D}} \]
  Коэффициент усиления равен \ (G\), но с убранной потерей \(M_{1}\).
• Коэффициент усиления преобразователя:
  \[\label{eq:3}G_{T}=\frac{P_{L}}{P_{Ai}} \]
  Это отношение мощности, подаваемой на нагрузку деленная на мощность, доступную от источника. Это усиление, которое действительно имеет значение, мощность, фактически подаваемая на нагрузку, относительно мощности, доступной от источника.
• Доступный коэффициент усиления:
  \[\label{eq:4}G_{A}=\frac{P_{Ao}}{P_{Ai}} \]
  Коэффициент усиления преобразователя — это мощность, доступная для нагрузки относительно входной мощности, доступной от источника. Это усиление равно \(G_{T}\) с оптимальным \(M_{2}\). То есть \(G_{A}\) — это усиление системы \(G\) с без потерь \(M_{1}\) и \(M_{2}\), оптимизированными для максимальной передачи мощности.

Эти коэффициенты усиления могут использоваться для характеристики характеристик усилителя, но не являются ориентиром при проектировании. Разработка руководящих принципов начинается с разработки выражений для усиления с использованием параметров \(S\) устройства, а затем рассмотрения усиления в идеализированных условиях, таких как оптимальные согласующие сети или с устройством, отрегулированным с использованием обратной связи, чтобы оно было эффективно односторонним.

Пример \(\PageIndex{1}\): Коэффициент усиления усилителя

Источник, управляющий усилителем, имеет доступную выходную мощность \(1\text{ мВт}\). Однако нагрузка усилителя не согласована, так что коэффициент отражения нагрузки равен \(1\text{дБ}\). Мощность, фактически подаваемая на нагрузку усилителя, равна \(1\text{Вт}\). Можно ли определить усиление системы? Если да, то сколько в децибелах?

Решение

Существует множество определений усиления, поэтому предоставленную информацию необходимо изучить. Мощность, подаваемая на нагрузку, равна \(P_{L} = 1\text{Вт}\), а доступная входная мощность \(P_{Ai} = 1\text{мВт}\). Изучение коэффициентов усиления, определенных в уравнениях \(\eqref{eq:1}\)–\(\eqref{eq:4}\), уравнение \(\eqref{eq:3}\) дает

\[\label{ eq: 5} G_ {T} = \ frac {P_ {L}} {P_ {Ai}} = \ frac {1 \ text { w}} {1 \ text { мВт}} = 1000 = 30 \ text { дБ } \]

Никакой другой коэффициент усиления не может быть определен, т. е. коэффициент усиления системы не может быть определен, поскольку фактическая входная мощность неизвестна.

2.3.1 Усиление в терминах параметров рассеяния

В этом разделе рассматриваются обобщенные параметры рассеяния усилителя и приводятся выражения для усиления в терминах параметров \(S\) активного устройства.

Линейный усилитель может быть представлен как двухпортовый с эквивалентным источником Thevenin на порту \(1\) и нагрузкой на порту \(2\), как показано на рисунке \(\PageIndex{3}\)( а). Этот раздел иллюстрирует полезность обобщенных параметров \(S\) при работе с потоком мощности в системах с различными системными импедансами на портах. Пусть \(\mathbf{S}\) — нормированная матрица рассеяния двухполюсника, где \(Z_{0}\) — нормирующее реальное характеристическое сопротивление:

\[\label{eq:6}\mathbf{S}=[S]=\left[\begin{array}{cc}{S_{11}}&{S_{12}}\\{S_{ 21}}&{S_{22}}\end{array}\right] \]

В разработке в этом разделе используются нормализованные \(S\) параметры усилителя на рисунке \(\PageIndex{3}\) (а). Цель состоит в том, чтобы разработать выражение для

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Двухпортовая сеть с источником и нагрузкой, используемая для определения односторонних мер усиления.

усиление одностороннего датчика и максимальное усиление одностороннего датчика. Усиление одностороннего преобразователя ограничено усилителем (рис. \(\PageIndex{3}\)(a)), а максимальное усиление одностороннего преобразователя может использовать параметры \(S\) любого транзистора (рис. \(\PageIndex {3}\)(b)) или усилитель (рис. \(\PageIndex{3}\)(a)).

Обобщенная матрица рассеяния усилителя будет нормирована на импеданс источника \(Z_{S}\) и импеданс нагрузки \(Z_{L}\), как показано на рисунке \(\PageIndex{3}\ ). Во-первых, коэффициенты отражения \(\Gamma_{S}\) и \(\Gamma_{L}\) (нормированные к \(Z_{0}\)) в источнике и нагрузке находятся с использованием {eq:7}\Gamma_{S}=\frac{Z_{S}-Z_{0}}{Z_{S}+Z_{0}}\quad\text{and}\quad\Gamma_{L}= \frac{Z_{L}-Z_{0}}{Z_{L}+Z_{0}} \]

Из уравнения (2. 132) из ​​[2] обобщенные параметры рассеяния (с портом \(1\) нормализовано до \(Z_{S}\) и порт \(2\), нормализовано до \(Z_{L}\)) равно 9{G}S_{21}|\) больше единицы, что указывает на увеличение мощности.

Теперь усиление мощности преобразователя, \(G_{T}\), может быть выражено через параметры устройства \(S\). \(G_{T}\) (Уравнение \(\eqref{eq:3}\)) определяется как отношение средней мощности, \(P_{L}\), подаваемой на нагрузку \(Z_{L }\), и максимальная входная мощность, доступная от генератора, \(P_{Ai}\), то есть

\[\label{eq:17}G_{T}=\frac{P_{L}} {P_{Ai}} \]

где доступная мощность от генератора

9{2} \]

Это усиление преобразователя без согласующих цепей, так что \(\Gamma_{S} =0= \Gamma_{L}\). Это почти всегда намного ниже, чем то, что может быть достигнуто с помощью согласующих сетей. Во-первых, активное устройство имеет значительные входные и выходные реактивные сопротивления на микроволновых частотах, которые необходимо отрегулировать.

Для одностороннего двухпортового устройства \(S_{12} = 0\) (и это разумное приближение для многих усилителей, так как обратная связь между выходом и входом незначительна). Тогда коэффициент усиления преобразователя становится равным 9.{2}}\right) \]

Частота \((\text{ГГц})\)	\(G_{TU\text{max}}\) \((\text{дБ})\)
\(0,5\)	\(36.62\)
\(1\)	\(31.07\)
\(2\)	\(24.88\)
\(3\)	\(21.26\)
\(4\)	\(18. 73\)
\(5\)	\(16.00\)
\(6\)	\(15.74\)
\(7\)	\(14.52\)
\(8\)	\(13.26\)
\(9\)	\(12.36\)
\(10\)	\(12.24\)
\(11\)	\(12. 07\)
\(12\)	\(11.77\)
\(13\)	\(11.46\)
\(14\)	\(11.25\)
\(15\)	\(11.61\)
\(16\)	\(11,64\)
\(17\)	\(11.11\)
\(18\)	\(10. 50\)
\(19\)	\(8.89\)
\(20\)	\(7.91\)
\(21\)	\(7.48\)
\(22\)	\(6.55\)
\(23\)	\(5.46\)
\(24\)	\(4.62\)
\(25\)	\(4. 22\)
\(26\)	\(3.61\)

Таблица \(\PageIndex{3}\): Максимальное усиление одностороннего преобразователя, \(G_{TU\text{max}}\), транзистора pHEMT, указанное в таблице \(\PageIndex{1}\) .

Обратите внимание, что до сих пор параметры \(S\) были параметрами транзистора, см. рисунок \(\PageIndex{3}\)(b). Таким образом, \(G_{TU\text{max}}\) — максимальное усиление одностороннего преобразователя, доступное для активного устройства. Это хороший показатель максимального прироста мощности, легко получаемого от устройства. Однако с обратной связью (рассмотрите общую конфигурацию усилителя на рис. 2.6.4) эффективное \(S_{12}\neq 0\) и может быть достигнуто любое усиление, даже колебание. Кроме того, более высокий коэффициент усиления достигается за счет уменьшения полосы пропускания. Как правило, чем ближе коэффициент усиления, указанный для усилителя, к \(G_{TU\text{max}}\), тем сложнее задача проектирования.

Максимальный односторонний коэффициент усиления преобразователя, \(G_{TU\text{max}}\), транзистора pHEMT, описанного в таблице \(\PageIndex{1}\), показанного в таблице \(\PageIndex{3}\ ). Максимальное усиление одностороннего преобразователя максимально на низких частотах и ​​монотонно уменьшается с увеличением частоты. Это означает, что сложно разработать широкополосный усилитель с использованием pHEMT (и это справедливо для большинства полевых транзисторов). Также сложно обеспечить стабильное усиление на низких частотах, и согласующие схемы должны быть выбраны для подавления усиления на низких частотах. 9{2}}{2|S_{12}||S_{21}|}\right)\quad\text{and}\quad\Delta =S_{11}S_{22}-S_{12}S_{21 } \]

Роллет разработал выражения для \(G_{\text{MA}}\) и \(k\) через параметры \(z,\: y,\) и \(h\) [3]. , 4]. Выражения в уравнениях \(\eqref{eq:29}\) и \(\eqref{eq:30}\) разработаны с использованием эквивалентностей, приведенных в таблице 2-2 [2].

\(G_{\text{MA}}\) определяется только тогда, когда \(k\geq 1\) указывает, что если \(k < 1\) можно ожидать, что усилитель будет генерировать, если оба \(M_{1 }\) и \(M_{2}\) оптимизированы для передачи максимальной мощности. При условии, что \(k\geq 1\), \(G_{\text{МА}}\) — максимальный коэффициент усиления, который может быть достигнут без использования обратной связи с выхода активного устройства на его вход. Еще можно получить стабильный коэффициент усиления при \(k < 1\), но необходимо использовать либо неоптимальные \(M_{1}\), либо \(M_{2}\), либо обратную связь по активному устройству.

Другой важной метрикой усиления является максимальное стабильное усиление \(G_{\text{MS}}\), которое может быть достигнуто. Конечно, это всего лишь \(G_{\text{MA}}\), если усилитель безусловно стабилен. В случае \(k < 1\) Роллет показал, что усилитель потенциально неустойчив (более подробно об этом будет сказано в разделе 2.6) [3, 4]. Тогда \(G_{\text{MS}}\) будет меньше, чем \(G_{\text{MA}}\). Роллетт обеспечил устойчивость усилителя, поставив шунтирующие проводимости на входе и выходе транзистора таким образом, чтобы для расширенного транзистора было двухпортовым \(k = 1\). Тогда максимальный стабильный прирост мощности, \(G_{\text{MS}}\), равен \(G_{\text{MA}}\) в уравнении \(\eqref{eq:29}\), но с \(k\), установленным в \(1\):

\[\label{eq:31}G_{\text{MS}}=\left|\frac{S_{21}}{ S_{12}}\право| \]

Из таблицы 2-2 в [2] видно, что \(S_{21}/S_{12} = z_{21}/z_{12} = y_{21}/y_{12} = h_ {21}/h_{12}\), так что неожиданный результат заключается в том, что максимальный стабильный коэффициент усиления, коэффициент усиления по мощности, представляет собой отношение прямого параметра к обратному параметру, а не квадрат отношения, и эти параметры могут быть \(S,\: z,\: y,\) или \(h\) параметры.

Опыт показывает, что \(G_{\text{MS}}\) является практическим пределом стабильного усиления, которого можно достичь при умеренных усилиях по проектированию. (Обратите внимание, что усилитель может быть стабильным, не будучи условно стабильным, что является критерием, используемым при разработке \ (G _ {\ text {MS}} \), и для достижения безусловной стабильности могут использоваться схемы, отличные от использования шунтирующих проводимостей). \(G_{\text{MS}}\) интерпретируется как максимальное усиление, которое может быть достигнуто при обеспечении безусловной стабильности усилителя. 9{2}}{2k|S_{21}/S_{12}|-2\Re (S_{21}/S_{12})}\right) \]

2.3.2 Проектирование с использованием показателей усиления

\ (G_{TU\text{,max}},\: G_{\text{MS}},\: G_{\text{MA}}\) и \(U\) используются проектировщиками как меры максимальная производительность устройства и руководство по проектированию. Это важные FOM

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Малошумящие усилители. \(V_{\text{AGC}}\) — напряжение автоматической регулировки усиления, которое устанавливает коэффициент усиления усилителей.

, так как они определены для экстремальных условий. Из этих показателей только \(G_{\text{MA}}\) относится к неизмененным параметрам устройства \(S\). \(G_{\text{MA}}\) — максимальное усиление, которое может быть получено с оптимальными входными и выходными согласующими схемами. Если усилитель потенциально нестабилен с оптимальными \(M_{1}\) и \(M_{2}\), то \(G_{\text{MA}}\) не определен. 9{\ast}\}) — это не то же самое, что использовать оптимум \(M_{1}\). Выбор оптимального \(M_{1}\) приведет к более высокому выигрышу системы (т. е. \(G>G_{TU\text{,max}}\)). Опыт показывает, что \(G_{TU\text{,max}}\) можно получить с минимальными усилиями по проектированию. Он используется в основном при первоначальном выборе активного устройства.

\(G_{\text{MS}}\) и \(U\) — максимальное доступное усиление для двух различных конкретных, хотя и искусственных условий. \(G_{\text{MS}}\) — это максимальное доступное усиление при \(k\), установленном \(1\), возможно, с использованием обратной связи, но в остальном без изменения параметров \(S\) устройства. Опыт проектирования показывает, что \(G_{\text{MS}}\) является стабильным усилением, которого можно достичь при умеренных усилиях по проектированию. \(U\) — это максимально доступное усиление с \(S_{12}\), установленным в \(1\), возможно, с использованием обратной связи, но в остальном без изменения параметров устройства \(S\). Опыт проектирования показывает, что \(U\) указывает на самую высокую частоту, на которой может быть достигнуто усиление, и это когда \(U = 1\).

\(G_{TU\text{,max}},\: G_{\text{MS}},\: G_{\text{MA}}\), и \(U\) сведены в таблицу \ (\PageIndex{4}\) для транзистора pHEMT, задокументированного в таблице \(\PageIndex{1}\). Как будет показано в разделе 2.6.3, усилитель безусловно устойчив от \(5\) до \(11\text{ ГГц}\) и выше \(22\text{ ГГц}\). Вне этих диапазонов можно выбрать согласующие цепи, чтобы усилитель мог колебаться, и тогда \(G_{\text{MA}}\) не определено. \(G_{\text{MS}}\) обычно принимается за максимальное усиление, которого можно легко достичь. Тем не менее, более высокий коэффициент усиления может быть достигнут при большем внимании к стабильности, но обычно усиление доступно только в очень узкой полосе пропускания.

После того, как проектирование завершено, единственным важным коэффициентом усиления является коэффициент усиления преобразователя, \(G_{T}\), который представляет собой отношение мощности, подаваемой на нагрузку, к мощности, доступной от источника.

2.3.3 Круги усиления

Выражения для усиления, разработанные в разделе 2.3.1, были выражены в абсолютных значениях комплексных чисел. Таким образом, усиление на определенной частоте можно представить с помощью кругов на комплексном коэффициенте отражения

Частота. \((\текст{ГГц})\)	Макс. односторонний коэффициент усиления преобразователя \(G_{TU,\text{max}}\) \((\text{дБ})\)	Макс. доступный коэффициент усиления мощности \(G_{\text{MA}}\) \((\text{дБ})\)	Макс. стабильный прирост мощности \(G_{\text{МС}}\) \((\text{дБ})\)	Одностороннее усиление мощности \(U\) \((\text{дБ})\)
\((\text{GHz})\)»> \(0,5\)	\(36.6\)	\(-\)	\(30.1\)	\(41.9\)
\(1\)	\(31.1\)	\(-\)	\(27.1\)	\(39.4\)
\(2\)	\(24. 9\)	\(-\)	\(24.2\)	\(34.4\)
\(3\)	\(21.3\)	\(-\)	\(22.4\)	\(29.7\)
\(4\)	\(18.7\)	\(-\)	stable power gain\(G_{\text{MS}}\)\((\text{dB})\)»> \(21.3\)	\(25.6\)
\(5\)	\(17.0\)	\(18.6\)	\(20.4\)	\(23.6\)
\(6\)	\(15.7\)	\(17.0\)	\(19.6\)	\(22. 6\)
\(7\)	\(14,5\)	\(15,5\)	\(18.7\)	\(20.8\)
\(8\)	\(13,6\)	\(14.0\)	\(18.2\)	\(17.9\)
\(9\)	unilateral transducer gain\(G_{TU,\text{max}}\)\((\text{dB})\)»> \(12.4\)	\(13.0\)	\(17.7\)	\(16.4\)
\(10\)	\(12.2\)	\(13.2\)	\(16.6\)	\(17.8\)
\(11\)	\(12. 1\)	\(13.7\)	\(15.7\)	\(19,5\)
\(12\)	\(11.8\)	\(-\)	\(14.8\)	\(20,5\)
\(13\)	\(11,5\)	\(-\)	stable power gain\(G_{\text{MS}}\)\((\text{dB})\)»> \(14.2\)	\(20,5\)
\(14\)	\(11.2\)	\(-\)	\(13,5\)	\(21.2\)
\(15\)	\(11.6\)	\(-\)	\(13.1\)	\(27. 6\)
\(16\)	\(11.6\)	\(-\)	\(12.7\)	\(24.2\)
\(17\)	\(11.1\)	\(-\)	\(12.3\)	\(21.4\)
\(18\)	unilateral transducer gain\(G_{TU,\text{max}}\)\((\text{dB})\)»> \(10,5\)	\(-\)	\(11.9\)	\(17.0\)
\(19\)	\(8.88\)	\(-\)	\(11,5\)	\(12,9\)
\(20\)	\(7.91\)	available power gain\(G_{\text{MA}}\)\((\text{dB})\)»> \(-\)	\(11.2\)	\(11.4\)
\(21\)	\(7.48\)	\(-\)	\(10.9\)	\(11.0\)
\(22\)	\(6.55\)	\(8.42\)	stable power gain\(G_{\text{MS}}\)\((\text{dB})\)»> \(10.4\)	\(9.22\)
\(23\)	\(5.46\)	\(6.62\)	\(9.97\)	\(7.43\)
\(24\)	\(4.62\)	\(5.55\)	\(9.62\)	\(6. 22\)
\(25\)	\(4.23\)	\(5.17\)	\(9.05\)	\(5.73\)
\(26\)	\(3.61\)	\(4.27\)	\(8.57\)	\(4.79\)

Таблица \(\PageIndex{4}\): Показатели усиления транзистора pHEMT в таблице \(\PageIndex{1}\).

плоскость [6]. Математика, стоящая за этим, разработана в разделе 1.A.13 книги [7].

Двумя наиболее полезными коэффициентами усиления, которые можно использовать при поиске компромиссов, являются максимально доступный коэффициент усиления \(G_{\text{MA}}\) (уравнение \(\eqref{eq:29}\)) и максимально стабильный усиление \(G_{\text{MS}}\) (уравнение \(\eqref{eq:31}\)). \(G_{\text{MA}}\) — доступные \(G_{A}\) и \(G_{T}\) с оптимальными \(M_{1}\) и \(M_{2}\ ), но имеет конечное значение только тогда, когда транзистор безусловно стабилен. Симуляторы микроволновых цепей используют другую меру усиления, чтобы справиться с этой ситуацией. Если транзистор условно стабилен, то для обеспечения безусловной стабильности используется резистивная нагрузка. Таким образом, максимальное доступное усиление, рассчитанное в микроволновых симуляторах, равно \(G_{\text{MA}}\), если оно имеет конечное значение, но равно \(G_{\text{MS}}\) в противном случае. Введение \(G_{\text{MAX}}\) для описания этого усиления: 9{2}-1})}&{\text{if}k\geq 1}\\{G_{\text{MS}}=\left|\frac{S_{21}}{S_{12}}\ право|}&{\текст{если}k<1}\конец{массив}\право. \]

Здесь \(k\) — коэффициент стабильности Ролле (см. уравнение \(\eqref{eq:30}\).

Теперь обсуждение может перейти к определению кругов усиления. Круги усиления отображают геометрическое место доступной мощности усиления, \(G_{A}\), как определено в уравнении \(\eqref{eq:27}\), на входном коэффициенте отражения, \(\Gamma_{S}\), плоскости. \(G_{A }\) является функцией величины комплексных чисел, поэтому круги могут быть определены на комплексной плоскости.Рисунок

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Кружки усиления транзистора в таблице \(\PageIndex{1}\) на частоте \(8\text{ ГГц}\), нанесенные на \(\Gamma_{ S}\) плоскости.

\(\PageIndex{5}\) отображает круги усиления \(G_{A}\) для транзистора pHEMT на частоте \(8\text{ ГГц}\) на плоскости входного коэффициента отражения. Центр семейства окружностей равен \(G_{\text{MAX}}\), и эта точка определяет значение \(\Gamma_{S}\), необходимое для достижения \(G_{\text{MAX}}\) . Другие круги, перемещающиеся в сторону, отображают геометрическое место \(\Gamma_{S}\) для снижения доступного коэффициента усиления мощности, \(G_{A}\), в шагах \(1\text{дБ}\) ниже \(G_ {\текст{МАКС}}\). То есть круг определяет значения \(\Gamma_{S}\), которые дадут определенное \(G_{A}\).

---

2.3: Amplifier Gain Definitions распространяется по недекларированной лицензии, автором, ремиксом и/или куратором является LibreTexts.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

2. Теги

   На этой странице нет тегов.

Объяснение коэффициента усиления по напряжению усилителя — согласование усилителя с предусилителем

1. Главная
2. Исследования АВ
3. Аудиоусилители
Объяснение коэффициента усиления по напряжению усилителя
4. — согласование усилителя с предусилителем

по Стив Мунц — 29 апреля 2013 г.

Авторы: Джин ДеллаСала , Хади Эбрахими Дархане

Опасность! Эта статья о напряжении может быть образовательной. Читайте на свой страх и риск.

Практически каждый, кто когда-либо приобретал внешний усилитель, по крайней мере знаком с термином коэффициент усиления по напряжению . Проще говоря, это степень, в которой усилитель фактически усиливает входной сигнал от предварительного усилителя/процессора. Часто упускаемый из виду теми, кто не подозревает о его важности, этот параметр может существенно повлиять на реальную производительность, когда усилитель вводится в AV-систему. Понимание того, какое влияние различные уровни усиления напряжения могут оказать на вашу систему, вполне может быть разницей между плохим звуком и получением максимальной отдачи от внешнего усилителя. 95 или в 32 раза. Для несбалансированных входов стандартный уровень усиления THX составляет 29 дБ; использование симметричных входов уменьшает это значение до 23 дБ, хотя, естественно, в этом сценарии выход предусилителя увеличивается на 6 дБ (т. е. выходное напряжение предусилителя удваивается). Например, в обзоре Integra RDC-7.1, проведенном Audioholics, несимметричные выходы были измерены для обеспечения 7 В среднеквадратичного значения; через симметричные выходы Integra выдавала 15 В среднеквадратичного значения!

Звучит достаточно просто, но какое это имеет значение?

Естественно, слишком много или слишком мало чего-либо может представлять проблему, и идеальная величина усиления напряжения может варьироваться в зависимости от нескольких факторов. Использование приемника с плохо реализованными выходами предварительного усилителя, например, может быть проблемой при подключении к мощному усилителю с относительно низким коэффициентом усиления по напряжению и, следовательно, высокой входной чувствительностью , которая представляет собой величину напряжения, необходимого от предварительного усилителя для управления усилителем. полная неограниченная мощность. Предположим, у вас есть приемник, который может выдавать среднеквадратичное значение 1 вольт с выходов предусилителя перед ограничением; если вы соедините этот ресивер с мощным усилителем, ожидая значительного увеличения запаса по уровню, вы можете быть очень разочарованы, если его усиление по напряжению будет ниже среднего 27 дБ.

Рис. 1: Необрезанная синусоида и обрезанная синусоида.

Усиление 27 дБ соответствует увеличению напряжения примерно в 22,6 раза, а это означает, что наш усилитель будет выдавать среднеквадратичное значение 22,6 В или колоссальные 64 Вт при нагрузке 8 Ом до того, как в выходах предусилителя нашего AVR закончится газ. Даже если усилитель рассчитан на мощность 1000 Вт, все, что вы будете делать, когда будете нажимать сильнее, — это получить мусор, поскольку ваш AVR отсекает сигнал на усилитель или потенциально отключает его схемы защиты. Короче говоря: если вы хотите добавить мощности ресиверу более низкого уровня с выходами предусилителя, вам, вероятно, понадобится что-то с мощностью лучше среднего и низкой входной чувствительностью.

Рис. 2. Техническое описание усилителя QSC серии GX

 

Выше приведены технические характеристики коэффициента усиления по напряжению и входной чувствительности для профессиональных усилителей мощности серии QSC GX. Для тех, кто склонен к математике, вы можете проверить числа с помощью уравнения:

Усиление напряжения (Av) = 20 * Log (Vout/Vin)

Подключение 48,99 В для Vout (300 Вт на 8 Ом) и 1,2 В для Вин, вы пришли к цифре QSC 32,2 дБ для коэффициента усиления по напряжению. 9(28/20) или ~25,1. Таким образом, если наш усилитель рассчитан на подачу 20 вольт RMS и усиливает входной сигнал в 25,1 раза, мы можем сказать, что наш предусилитель должен выдавать не менее: (20/25,1) = 0,797 В RMS, чтобы наш усилитель полная мощность. Разве математика не забавна?

Итак, если проблема заключается в слишком малом усилении, мы должны стекаться к усилителям с усилением выше среднего, верно?

Не так быстро! Очень высокий уровень усиления приводит к собственной проблеме, а именно шуму. Это имеет смысл, если подумать: в предыдущем сценарии наш AVR должен был выдавать большую мощность, тогда как теперь его просят выдавать относительно небольшое напряжение. По мере того, как напряжение на выходе нашего предусилителя падает, наш сигнал становится все ближе к минимальному уровню шума системы. Подойдите слишком близко, что более вероятно с динамиком с более высокой чувствительностью, учитывая, что для начала им требуется меньший выходной сигнал от усилителя, и вы быстро поймете значение поговорки «мусор на входе = мусор на выходе».

Помимо конфигурации шума, увеличение коэффициента усиления усилителя приведет к уменьшению полосы пропускания (BW) цепи, что означает, что некоторые ценные данные могут быть исключены из входного сигнала (усилитель работает как фильтр). Кроме того, наличие усилителя с высоким коэффициентом усиления может привести к смещению постоянного тока на выходе. В усилителе с высоким входным сопротивлением увеличение коэффициента усиления приведет к смещению постоянного тока, которое влияет на рабочую точку схемы (меняет баланс усилителя).

Прочитав вышеизложенное, может показаться, что те, кто ищет дополнительный выход внешнего усилителя, попались в порочную ловушку 22. Конечно, если у вас есть комбинация ресивера с плохой выходной секцией предусилителя в сочетании со сверхвысокой чувствительностью. громкоговорители, вы можете пересмотреть некоторые из ваших аппаратных решений; кроме того, тщательный выбор может помочь вам получить максимальную отдачу от вашего оборудования. Кроме того, следует отметить, что хотя некоторые недорогие ресиверы могут быть не идеальной отправной точкой для добавления отдельных усилителей, некоторые AVR могут работать достаточно хорошо; Yamaha RX-A1010 Aventage недавно прошел стендовые испытания Audioholics на подачу среднеквадратичного напряжения 2,8 В с выходов предусилителя, что достаточно для управления любым внешним усилителем в разумных пределах. Между тем, в далеком 2010 году Marantz SR6004 мог выдавать 7 вольт пик-пик (2,49Vrms) от предвыходов. У секции предусилителя этого ресивера не должно возникнуть проблем с подключением любого внешнего усилителя мощности к его полной выходной мощности.

Рис. 3: Анализ искажений БПФ предусилителя Marantz SR6004.

В рамках нашего комплекта измерений приемника мы тестируем выходы предусилителя, чтобы убедиться, что они способны раскачать широкий спектр усилителей на полную мощность.

Сопротивление нагрузки

К этому моменту мы обсудили коэффициент усиления по напряжению и входную чувствительность, но есть еще пара потенциальных предостережений, о которых следует знать. Во-первых, это нагрузка, на которую рассчитано выходное напряжение предусилителя. Естественно, существует большая разница между номинальным выходным напряжением при разомкнутой цепи, то есть без нагрузки, и 600 Ом, что, вероятно, будет значительно более сложной задачей, чем у большинства усилителей, которые вы, вероятно, встретите, которые имеют входное сопротивление порядка десятки тысяч Ом. Номинальное значение разомкнутой цепи не учитывает предельные значения потенциального тока, что может привести к ограничению предусилителя гораздо раньше, чем вы могли бы ожидать, если учесть реальные условия, такие как эзотерические конструкции усилителей с низким входным импедансом. Кроме того, некоторые экзотические соединительные кабели с высокой емкостью могут вызывать преждевременный спад высоких частот.

Конечно, есть еще вопрос нагрузки на громкоговоритель. Это старая шляпа, если вы читали статью Audioholics об импедансе. Как отмечалось ранее, критическое значение имеет адекватное выходное напряжение предусилителя, позволяющее усилителю мощности достичь полной мощности. Усилитель по-прежнему нуждается в достаточно мощном токовом каскаде, чтобы справиться с комплексным сопротивлением нагрузки громкоговорителей, чтобы не столкнуться с просадкой/ограничением напряжения на стороне усилителя. В идеале, конечно, усилитель должен действовать как источник напряжения, поддерживая выходную мощность независимо от нагрузки (т. е. он «удваивает» до 4 Ом и снова «удваивает» до 2 Ом). Тем не менее, немногие усилители способны выполнить этот подвиг на высоких уровнях драйва.

Вы заинтересованы в покупке отдельного усилителя? Если вы обратили внимание на эту статью, то, вероятно, вас также интересует коэффициент усиления по напряжению. Трудно представить, что одно маленькое число, которое часто упускают из виду, оказывает такое большое влияние на общую производительность. Тем не менее, эта маленькая деталь может быть разницей между кучей искажений или шумов и приятным чистым звуком. Будьте внимательны при выборе, и вы избежите описанных выше проблем. Приятного прослушивания!

 

См. также:

• Фактор демпфирования: влияние на реакцию системы
• Что такое скорость нарастания и коэффициент демпфирования?
• Скорость нарастания в аудиоусилителях — что это значит?

Об авторе:

Стив Мунц является «другим» дополнением к штату авторов Audioholics тем, что он не инженер, как Джин, и не работал в индустрии, как Клифф. На самом деле основная работа Стива — это администрирование сети и бухгалтерский учет.

Посмотреть полный профиль

 

Не знаете, какой AV Gear купить или как его настроить? Присоединяйтесь к нашей эксклюзивной программе подписки на электронные книги Audioholics!

Последние сообщения на форуме:

Прочитать всю ветку

Bpadilla96 сообщения от 29 января 2020 г. 08:22

Хорошо, ребята! Большое спасибо за ваш вклад. Я смог подключить RCA к RCA. И получил мгновенный прирост в 6 дБ! Другие кабели RCA-XLR были причиной моих проблем. Я заметил это сразу при начальной настройке. ПРОЧИТАЙТЕ ИНСТРУКЦИЮ! Четко заявлено, что не следует использовать такие кабели в AMP! Я думаю, это парень вещь. Установите, затем прочитайте. СПАСИБО

PENG сообщения от 22 января 2020 г. 17:41

Bpadilla96, сообщение: 1364410, участник:
Динамики настроены на 4 Ом, поэтому я купил усилитель. Что вы имеете в виду при переключении обратно на 8 Ом

Что вы имели в виду под «динамики настроены на 4 Ом…»? Из того, что я мог видеть на их веб-сайте, M100 рассчитан на 4 Ом, без упоминания каких-либо «настроек», чтобы изменить это.

Если вы имели в виду, что AVR настроен на 4-омные динамики, @everettT предложил вам изменить его обратно на настройку по умолчанию 8 Ом, если я понял его сообщение # 79правильно.

Вы должны просто использовать RCA на RCA, и все будет в порядке, если усилитель на самом деле имеет коэффициент усиления 29 дБ.

Bpadilla96 сообщения от 22 января 2020 г. 11:32

everettT, сообщение: 1364312, участник: 78951
Как упоминалось в TLS, входы xlr, вероятно, имеют другую чувствительность. Вы должны использовать RCA. Также вы перезапустили Audyessey? Также вы должны вернуться к настройке 8 Ом.

Спасибо, я сейчас в пути, когда вернусь домой, я переключу кабель и снова запущу Одиссею. Динамики настроены на 4 Ома, поэтому я купил усилитель. Что вы имеете в виду при переключении обратно на настройку 8 Ом? Я не думаю, что у меня есть такая возможность на Denon 4200. Спасибо за ответ. Я буду держать вас в курсе.

TLS Guy сообщения от 22 января 2020 г. 08:41

Bpadilla96, сообщение: 1364305, участник:
Я забыл упомянуть, что усилитель поставляется с опцией подключения rca. что-то я не пробовал. Я бы дал вам знать. Спасибо еще раз. .

Я бы попробовал перейти с RCA на RCA. Однако усилитель не указывает разную чувствительность для разъемов RCA и XLR. Если у вас такая же проблема при переходе с RCA на RCA, вам понадобятся два устройства, к которым я вас привязал. Судя по спецификации, я подозреваю, что вам понадобятся два преобразователя линейного уровня в профессиональный.

everettT сообщения от 22 января 2020 г. 03:59

Bpadilla96, сообщение: 1364305, участник:
Я забыл упомянуть, что усилитель поставляется с опцией подключения rca. что-то я не пробовал. Я бы дал вам знать. Спасибо еще раз. .

Как упоминалось в TLS, входы xlr, вероятно, имеют другую чувствительность. Вы должны использовать RCA. Также вы перезапустили Audyessey? Также вы должны вернуться к настройке 8 Ом.

Сообщение Ответ

Подписывайтесь на нашу новостную рассылку

Как коэффициент усиления каскадного усилителя важен для функциональности в различных приложениях

Ключевые выводы

●     Узнайте об использовании каскадных усилителей.

●     Узнайте, когда необходим каскадный усилитель.

●     Узнайте больше о расчете коэффициентов усиления каскадного усилителя.

 

Одиночный усилитель, образующий часть каскадной схемы усилителя.

В период расцвета автозвука многие считали увеличение размеров сабвуферов следующим прорывом в области звукового выхода (SPL). Но, как и почти все в области электроники, прогресс замедлен из-за существующих дополнительных ограничений.

Увеличение размера драйвера привело к необходимости увеличения мощности усилителя. Однако технология усилителя в то время не соответствовала темпам развития и последующего увеличения размеров сабвуфера. Это познакомило мир автомобильных аудиосистем с последовательным (каскадным) подключением, чтобы удовлетворить потребность в увеличении выходной мощности усилителя.

Что такое каскадный усилитель?

Гирляндные (каскадные) усилители в автомобильной аудиотехнике больше не нужны из-за прогресса в технологии усилителей, т. е. повышенного отношения сигнал/шум, эффективности, стабильности до ½ Ом и выходной мощности. В других областях электроники каскадирование по-прежнему является обязательным требованием.

Как вы, возможно, знаете, каскадный усилитель представляет собой двухпортовую сеть, состоящую из ряда усилителей, в которой каждый усилитель подключает (посылает) свой выход ко входу следующего усилителя в цепочке. Это усложняет расчет усиления для этих каскадных каскадов из-за нагрузки между каскадами или.

Требуемая производительность многих приложений не может быть достигнута с помощью однокаскадного усилителя, поэтому требуется многокаскадное усиление. Эти каскадные усилители обеспечивают повышенный коэффициент усиления по сравнению с коэффициентом усиления, возможным для отдельных усилителей. В целом, общий коэффициент усиления каскадного усилителя является результатом коэффициентов усиления отдельных каскадов без учета возможных эффектов нагрузки.

Назначение каскадных усилителей

Общая причина каскадных усилителей заключается в необходимости увеличения выходной мощности усилителя для удовлетворения конкретных требований, например, для увеличения уровня сигнала в телевизионном или радиоприемнике.

Использование каскадного или многокаскадного усилителя может обеспечить более высокое усиление по току или по напряжению. Как правило, мы используем каскадные каскады усилителей для увеличения общего коэффициента усиления усилителя, но в других случаях это необходимо для достижения необходимого входного или выходного импеданса.

Ниже представлен упрощенный вид каскадного усилителя с двумя последовательными каскадами.

Здесь у нас есть упрощенная схема того же двухкаскадного каскадного усилителя на уровне схемы.

 

Коэффициент усиления каскадного усилителя

Мы кратко упомянули, что расчет общего коэффициента усиления каскадного усилителя более сложен из-за нагрузки между каскадами усилителя. Имейте в виду, что это все еще усилители, и, следовательно, отдельные коэффициенты усиления на выходе будут подпадать под действие характеристик усиления усилителя.

Коэффициент усиления коррелирует с соотношением между показателем входного сигнала и отношением его выходного сигнала. Существует три типа коэффициента усиления усилителя, которые мы можем измерить: коэффициент усиления по току ( A _i = I _out /I _in ), коэффициент усиления по мощности ( A _p = A _v * A _{i v * A i} ) и коэффициент усиления по напряжению ( 919 3 v 9193 V ) _из /V _из ). Это зависит от величины, которую мы измеряем, но в любом случае A (усиление) представляет собой усиление.

A _v = V _выход /V _вход

или

A _v = (40 вольт СКЗ)/(10 вольт RMS)1091

или

A _v = 4

Имея это в виду, коэффициент усиления каскадного усилителя является произведением коэффициентов усиления его отдельных каскадов, помимо возможных эффектов нагрузки. Однако усиление каждого каскада или усилителя в отдельности зависит от его конфигурации, то есть от его компонентов. Формула для коэффициента усиления каскадного усилителя выглядит следующим образом:

A (усиление) = A1 * A2 * A3

Когда для усиления каждого каскада используется выражение в децибелах (дБ), сумма коэффициентов усиления отдельных усилителей его общий выигрыш:

A (усиление в дБ) = A1 + A2 + A3

Преимущества и преимущества каскадных усилителей

При каскадном подключении усилителей необходимо использовать соединительную сеть между усилителями. Мы называем этот тип связи межступенчатой ​​связью. Каскадные усилители бывают трех типов: прямая связь, трансформаторная связь и резистивно-емкостная связь.

• Связь

  RC: обеспечивает наименьшую стоимость реализации и приемлемую частотную характеристику.

• Трансформаторная связь: обеспечивает повышенное общее усиление и импеданс согласования уровней. Функционально он распространяет свой сигнал по первичной обмотке трансформатора и работает как нагрузка. Однако этот метод может быть дорогостоящим при использовании трансформатора с широкой частотной характеристикой.

• Прямая связь: связь выхода одного каскада усилителя со входом следующего каскада. Это позволяет сигналам с нулевой частотой (постоянный ток) проходить от входа к выходу. Это идеально подходит для приложений, требующих нулевого или низкочастотного усиления.

У каскадных усилителей есть два основных преимущества: увеличенный коэффициент усиления и входной сигнал, а также гибкость выходного импеданса. Потребность в коэффициентах усиления, обеспечиваемых каскадными усилителями, имеет первостепенное значение для функциональности различных приложений.

Схема усилителя.

Независимо от того, разрабатываете ли вы специальный многокаскадный усилитель для специализированной сигнальной цепи или вам необходимо смоделировать коэффициент усиления и КПД каскадного усилителя, вам потребуется правильный набор программного обеспечения для компоновки печатной платы и проектирования. Allegro PCB Designer и полный набор инструментов проектирования Cadence помогут вам создать каскадный усилитель на основе проверенных моделей компонентов, а затем проанализировать все аспекты его функциональности. У вас также будет доступ к набору инструментов для проектирования MCAD и подготовки к производству.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение может предложить Cadence, обратитесь к нам и нашей команде экспертов. Чтобы посмотреть видео по связанным темам или узнать, что нового в наборе инструментов Cadence для проектирования и анализа, подпишитесь на наш канал YouTube.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на Linkedin Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

Загрузка, подождите

Ошибка — что-то пошло не так!

Хотите последние новости о печатных платах?
Подпишитесь на нашу ежемесячную рассылку новостей

Спасибо!

Введение в коэффициент усиления антенны и усилителя

Перейти к содержанию

Искать весь магазин здесь. ..

1-800-590-3564

Мы здесь, чтобы помочь. Позвоните нам!

сравнить продукты вещь 1″> Предметы

г. Боковая панель

Поиск по блогу

Поиск в блоге

Категории

• Новости (43)
• Оборудование (41)
• Технология (6)
• Как сделать (10)
• Видео о продуктах (1)
• Объявления (0)
• Путеводители (0)

По Джефф Морин

Если вы занимались исследованием систем усиления сигнала сотовой связи, вы должны знать, что антенна и усилители являются основными компонентами. Во время вашего исследования вы, возможно, также столкнулись с термином «выигрыш». Поначалу технический жаргон иногда может сбивать с толку, однако цель этой статьи — показать вам, что усиление — это простая концепция, которую легко понять.

Чисто с физической точки зрения усиление — это мера способности электронной схемы увеличивать мощность сигнала от входа к выходу.

Усиление фактически представляет собой отношение выходного сигнала к входному: если выходной сигнал системы сильнее входного, то усиление имеет значение больше 0 дБ. С другой стороны, если вход больше, чем выход, то усиление меньше 0 дБ.

Увеличение мощности требует увеличения энергии, а это означает, что для того, чтобы схема имела положительное усиление, ей нужен внешний источник питания.

Усиление усилителей

Усилитель — это просто устройство, которое принимает входной сигнал и делает его сильнее. Таким образом, коэффициент усиления усилителя представляет собой отношение мощности выходного сигнала к входному сигналу. Усилители обязательно имеют коэффициент усиления больше 0 дБ — они принимают сигнал, добавляют в него энергию, и выход всегда больше входа.

На самом деле любая электронная схема с отношением входа к выходу больше единицы по определению является «усилителем», поскольку она усиливает мощность сигнала.

Когда речь идет об усилителях в системах усиления сигнала, коэффициент усиления усилителей будет указан в их спецификации и будет указан в децибелах (дБ). Величина усиления, которую вам нужно получить от усилителя, будет зависеть от вашей конкретной ситуации и от того, насколько вам нужно повысить мощность сигнала. Вы можете использовать коэффициент усиления усилителя, чтобы сравнить его мощность с другими усилителями. При прочих равных условиях усилитель с более высоким коэффициентом усиления будет мощнее усилителя с меньшим коэффициентом усиления.

Коэффициент усиления антенны

Коэффициент усиления антенны несколько отличается от коэффициента усиления усилителя.

Антенна выполняет две основные функции – передающую и приемную. Когда антенна принимает сигнал, она преобразует этот сигнал в электрический ток. Для передачи процесс обратный, и антенна преобразует электрический ток в сигнал.

Коэффициент усиления антенны, как и коэффициент усиления усилителя, является мерой увеличения мощности сигнала. Однако антенны не добавляют энергии к сигналу от источника питания, как усилитель. Поэтому антенны в первую очередь увеличивают свой коэффициент усиления за счет концентрации сигнала на меньшей площади. Например, всенаправленная антенна, которая передает и принимает сигнал во всех направлениях, обычно будет иметь меньший коэффициент усиления, чем направленная антенна, которая передает и принимает сигнал только в одном направлении.

При приеме антенны коэффициент усиления является мерой того, насколько хорошо антенна улавливает рассеянные в воздухе радиоволны и концентрирует их в электрический сигнал. И наоборот, при передаче усиление антенны показывает, насколько хорошо антенна преобразует электрический вход в передаваемые ею радиоволны.

Направленные антенны, как правило, способны принимать сигнал с большего расстояния, чем всенаправленные антенны. Если вы решите, что вам нужно сильно увеличить мощность сигнала, то вас, естественно, привлечет установка с более высоким коэффициентом усиления, для которой может потребоваться направленная антенна Yagi.

Часто, когда вы видите термин «антенна с высоким коэффициентом усиления», это относится к направленной антенне Yagi, потому что они ориентированы на прием сигнала с одного направления. Однако также возможно получить антенну с высоким коэффициентом усиления, которая принимает сигнал со всех направлений — усиление антенны зависит не только от ее способности принимать сигнал, но и от того, насколько эффективно она преобразует их в электрические сигналы.

Усиление – краткое описание

Вкратце: усиление усилителя показывает, насколько усилитель может усилить силу сигнала. Чем больше коэффициент усиления усилителя, тем слабее сигнал, который вы можете принять, и при этом превратить его в приемлемо сильный.