放大器的性能指標(biāo)與參數(shù)
放大器的性能指標(biāo)是衡量其質(zhì)量和適用場景的重要依據(jù),不同應(yīng)用場景對各指標(biāo)的要求不同,需要根據(jù)實際需求進行權(quán)衡和選擇。
增益的頻率特性也很重要,即增益隨信號頻率變化的關(guān)系,稱為頻率響應(yīng)。理想放大器的增益在通頻帶內(nèi)應(yīng)保持恒定,通頻帶是指增益下降不超過 3dB(約 0.707 倍)的頻率范圍。
(二)失真相關(guān)指標(biāo)
失真是指放大器輸出信號與輸入信號相比,在波形上產(chǎn)生的畸變,是衡量放大器信號保真度的關(guān)鍵指標(biāo):
諧波失真(THD):輸出信號中所含諧波成分的總功率與基波功率之比,通常用百分比表示。音頻放大器要求 THD 通常在 0.1% 以下,高保真系統(tǒng)要求低于 0.01%。
互調(diào)失真(IMD):當(dāng)輸入多個不同頻率的信號時,由于放大器的非線性,會產(chǎn)生新的頻率分量(互調(diào)產(chǎn)物),互調(diào)失真用這些新分量的強度與原信號強度之比表示。在通信系統(tǒng)中,互調(diào)失真會干擾其他頻道,因此要求嚴(yán)格控制。
相位失真:不同頻率信號通過放大器后產(chǎn)生的相位偏移不一致,導(dǎo)致信號波形失真。在視頻和通信系統(tǒng)中,相位失真會影響信號的正確解調(diào),需要控制在一定范圍內(nèi)。
(三)輸入輸出特性指標(biāo)
這些指標(biāo)反映放大器與信號源和負(fù)載之間的匹配情況:
輸入阻抗(Zin):放大器輸入端呈現(xiàn)的阻抗,輸入阻抗越高,對信號源的負(fù)載影響越小,越容易從信號源獲取信號。電壓放大器通常要求高輸入阻抗(如幾 kΩ 至幾 MΩ)。
輸出阻抗(Zout):放大器輸出端呈現(xiàn)的阻抗,輸出阻抗越低,放大器帶負(fù)載能力越強,輸出信號受負(fù)載變化的影響越小。功率放大器通常要求低輸出阻抗(如幾 Ω),以匹配揚聲器等低阻抗負(fù)載。
負(fù)載能力:放大器能夠驅(qū)動的負(fù)載大小,通常用最大輸出電流或最大功率表示。例如,音頻功率放大器的負(fù)載能力通常為 4Ω、8Ω 等,對應(yīng)不同的輸出功率。
(四)噪聲與穩(wěn)定性指標(biāo)
噪聲系數(shù)(NF):輸入信號的信噪比與輸出信號的信噪比之比,用分貝表示,反映放大器自身產(chǎn)生噪聲的大小。低噪聲放大器(如接收機前端)要求噪聲系數(shù)越小越好,通常在 1dB 以下。
穩(wěn)定性:放大器在不同工作條件(如電源電壓變化、溫度變化、負(fù)載變化)下保持性能穩(wěn)定的能力。不穩(wěn)定的放大器可能產(chǎn)生自激振蕩,導(dǎo)致無法正常工作,在射頻放大器設(shè)計中尤為重要。
溫度系數(shù):放大器性能參數(shù)(如增益、工作點)隨溫度變化的速率,溫度系數(shù)越小,放大器在溫度變化時性能越穩(wěn)定。在工業(yè)控制和高溫環(huán)境應(yīng)用中,需要選擇溫度系數(shù)小的放大器。