在电压放大电路中,为减小信号源内阻的影响,输入电阻怎样设计?

 作者:UPS电源    |      2024-04-13 21:27    |    标签: 内阻 信号源 电路 放大 电压 减小

  

在电压放大电路中,为减小信号源内阻的影响,输入电阻怎样设计?

  

在电压放大电路中,为减小信号源内阻的影响,输入电阻怎样设计?

  

在电压放大电路中,为减小信号源内阻的影响,输入电阻怎样设计?

  

在电压放大电路中,为减小信号源内阻的影响,输入电阻怎样设计?

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  应该做到阻抗匹配。信号源的输出阻抗有大有小。阻抗匹配的意思是,输入阻抗等于输出阻抗。在阻抗匹配的情况下功率最大,损耗最小。

  上图阻抗匹配和史密斯原图,匹配体现出一种和谐,美就是匹配。

  我们都有买耳塞的体验,有时拿别人的耳塞用没有原配的耳塞声音大。这时我们可以把耳塞当做一个输入电路,手机当做输入的信号源。这是因为两者不匹配的原因造成的。

  上图采用不同的连接,可以组成不同的阻抗音箱。便于功放电路的连接匹配。

  同样道理,我们在与一些放大器或者是功放配一些话筒的时候,也要考虑到这一点。话筒的阻抗要等于放大电路的输入阻抗,这样才能做到信号传输时损耗最小,功率最大。

  在电路中我们可以采用合适的方式,使电路与信号源匹配。有一种简单的方法用变压器,通过变比的不同实现阻抗的转换。

  在以运算放大的电路中,一般要在电路的输入端设置衰减和匹配的环节,这样就可以减少信号源对电压放大电路的影响。防止信道堵塞和信号失真等。

  在电压放大器中,为了减小信号源内阻对放大器放大倍数、信噪比等参数指标的影响,一般要求放大器的输入电阻至少要大于信号源内阻的10倍。

  我们知道,各种信号源都或多或少的具有一定的内阻,像动圈式话筒、磁带放音机的磁头,它们的输出内阻一般在KΩ量级,而热释电传感器及驻极体话筒若不在内部采用结型场效应管进行阻抗变换,其输出内阻可达MΩ级。

  信号源内阻与放大器输入电阻之间的关系如上图所示,图中的Usi为信号源,Rs为信号源内阻,Zi为放大器的输入电阻。从图中可见,Rs和Zi为串联关系,它们串联后对Usi进行分压,显然放大器的输入电阻Zi越大,加在放大器输入端的信号电压也就越大。若放大器的输入电阻Zi远小于信号源的内阻Rs,则送至放大器输入端的电压会受到很大的衰减,这样我们只有通过提高放大器的放大倍数来获得所需幅度的信号电压,而提高放大倍数后会使放大器的信噪比降低,通频带变窄,故在设计电压放大器时,应当使放大器的输入电阻大于信号源内阻。

  信号源内阻除了对放大器的上述影响之外,还会影响到放大器放大倍数的精度。上图是一个采用μA741运放设计的反相输入电压放大器,放大器的输入电阻就是R1的阻值(即2KΩ),假设信号源Vin的内阻Rs为0Ω(实际中不存在这种情况),则电路的放大倍数为-(Rf/R1)。若信号源内阻Rs为100Ω,则电路的放大倍数为-(Rf/R1+Rs)。可见,在设计测量仪表用的精密电压放大器时,必须考虑信号源内阻对电路放大倍数的影响。

  实际中,若遇到内阻非常大的信号源(譬如某些传感器输出的信号),为了减小其内阻对电压放大器的各种影响,我们可以加一级由运放构成的电压跟随器进行阻抗变换,或采用上图所示的由运放构成的同相输入电压放大器。

  这种运放构成的同相电压放大器由于引入了串联负反馈,其输入电阻极高。假设上图中的运放型号为OP07,其差模输入电阻为33MΩ,接成上图所示的同相放大器之后,其同相输入端的输入电阻可达GΩ(吉欧)级,足可以接各种高内阻的信号源。不过电压放大器的输入电阻过高的话容易引入各种干扰,为了减小这种干扰,可以在运放的同相输入端与地之间接一个阻值合适的电阻来降低其输入电阻。

  放大电路中,输入阻抗越大越好;因为输入阻抗越大,信号源的信号基本上能全部落到放大器上,不至于被信号源的内阻消耗掉。输入电阻就是从放大电路的输入端看进去的等效电阻,但是不包括信号源的内阻。当放大电路与信号源相接就成为信号源的负载了,它必从信号源索取电流,电流的大小表明放大电路对信号源的影响程度。因此输入电阻越大,就表明放大电路从信号源索取的电流越小,放大电路得到的输入电压越接近信号源电压,即信号源内阻上的电压就越小,信号电压损失越小;所以,增大输入阻抗可以稳定输入电流,抑制温漂等。

  电压放大电路常见的有,反向放大,同向放单;

  在电路中,电压跟随器一般做缓冲级隔离级。因为,电压放大器的输入阻抗一般比较高,通常在几千欧到几十千欧,如果后级的输出阻抗比较小,那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候,就需要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承上启下的作用。应用电压跟随器的另外一个好处就是,提高了输入阻抗,这样,输入电容的容量可以大幅度减小,为应用高品质的电容提供了前提保证。

  电压跟随:U0=Ui;同向跟随;

  放大电路中要注意几个点:

  1.注意输入点点不要超限制;如果输入电压超出范围,那么运放就会工作不正常,出现一些意料不到的情况。

  2.不要在运放输出直接电容,当有一个阶跃信号输入或者上电瞬间,运放输出电流会比较大,而且电容会改变环路的相位特性,导致电路自激振荡等现象;当然我们可以加RC滤波,就是在运放的输出端先串入一个电阻,然后再并接去耦电容,这样做可以大大削减运放输出瞬间电流,也不会影响环路的相位特性,可以避免振荡。

  3.不要在放大电路反馈回路并接电容;电容并接到了反馈回路,反馈信号的相位发生了改变,很容易就会发生振荡。

  所以,电压放大电路设计有许多要注意的地方,设计的多了,慢慢就会有体会;

  在电压放大器中,如果不考虑其它,自然是输入电阻越大越好,后级的输入电阻大,就可以少从前级中拉出电流,从而减少前级的输出电压降,提高输出电压,所以就有MOS管做电压放大器(包括集成电路)。

  但是这样做的放大电路也有实际上的问题,就是抗干扰能力降低,干扰信号一般都是有电压没电流的无功率信号,它们最怕的就是后级拉电流,所以除了特殊情况,电路很少选用高输入电阻放大器,而是要把输入电阻与输出电阻匹配,拉出最大功率的信号,以提高电路的信噪比。