控制器Rexroth放大器

放大器是指置于信源与放大器级之间的电路或电子设备，例如置于光盘播放机与音响系统功率放大器之间的音频前置放大器。前置放大器是专为接收来自信源的微弱电压信号而设计的，已接收的信号先以较小的增益放大，有时甚至在传送到功率放大器级之前便加以调节或修正，如音频前置放大器可先将信号加以均衡及进行音调控制。无论为家庭音响系统还是PDA设计前置放大器，都要面对一个十分头疼的问题，即究竟应该采用哪些元件才恰当？
　　元件选择原则
　　由于运算放大器集成电路体积小巧、因此目前许多前置放大器都采用这类运算放大器芯片。我们为音响系统设计前置放大器电路时，清楚知道如何为运算放大器选定适当的技术规格。在设计过程中，系统设计工程师经常会面临以下问题。
　　1、是否有必要采用的运算放大器？
　　输入信号电平振幅可能会超过运算放大器的错误容限，这并非运算放大器所能接受。若输入信号或共模电压太微弱，设计师应该采用补偿电压（Vos）极低而共模抑制比（CMRR）运算放大器。是否采用运算放大器取决于系统设计需要达到多少倍的放大增益，增益越大，便越需要采用较高准确度的运算放大器。
　　2、运算放大器需要什么样的供电电压？
　　这个问题要看输入信号的动态电压范围、系统整体供电电压大小以及输出要求才可决定，但不同电源的不同电源抑制比（PSRR）会影响运算放大器的准确性，其中以采用电池供电的系统所受影响大。此外，功耗大小也与内部电路的静态电流及供电电压有直接的关系。
　　3、输出电压是否需要满摆幅？
　　低供电电压设计通常都需要满摆幅的输出，以便充分利用整个动态电压范围，以扩大输出信号摆幅。至于满摆幅输入的问题，运算放大器电路的配置会有自己的解决办法。由于前置放大器一般都采用反相或非反相放大器配置，因此输入无需满摆幅，原因是共模电压（Vcm）永远小于输出范围或等于零（只有极少例外，例如设有浮动接地的单供电电压运算放大器）。
　　4、增益带宽的问题是否更令人忧虑？
　　是的，尤其是对于音频前置放大器来说，这是一个非常令人忧虑的问题。由于人类听觉只能察觉大约由20Hz至20kHz频率范围的声音，因此部分工程师设计音频系统时会忽略或轻视这个“范围较窄”的带宽。事实上，体现音频器件性能的重要技术参数如低总谐波失真（THD）、快速转换率（slew rate）以及低噪声等都是高增益带宽放大器所具备的条件。
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放大器噪声来源
在设计低噪声前置放大器之前，工程师仔细审视源自放大器的噪声，一般来说，运算放大器的噪声主要来自四个方面：
　　1、热噪声 （Johnson）：由于电导体内电流的电子能量不规则波动产生的具有宽带特性的热噪声，其电压均方根值的正方与带宽、电导体电阻及温度有直接的关系。对于电阻及晶体管（例如双极及场效应晶体管）来说，由于其电阻值并非为零，因此这类噪声影响不能忽视。
　　2、闪烁噪声（低频）：由于晶体表面不断产生或整合载流子而产生的噪声。在低频范围内，这类闪烁以低频噪声的形态出现，一旦进入高频范围，这些噪声便会变成“白噪声”。闪烁噪声大多集中在低频范围，对电阻器及半导体会造成干扰，而双极芯片所受的干扰比场效应晶体管大。
　　3、射击噪声（肖特基）：肖特基噪声由半导体内具有粒子特性的电流载流子所产生，其电流的均方根值正方与芯片的平均偏压电流及带宽有直接的关系。这种噪声具有宽带的特性。
　　4、爆玉米噪声（popcorn frequency）：半导体的表面若受到污染便会产生这种噪声，其影响长达几毫秒至几秒，噪声产生的原因仍然未明，在正常情况下，并无一定的模式。生产半导体时若采用较为洁净的工艺，会有助减少这类噪声。
　　此外，由于不同运算放大器的输入级采用不同的结构，因此晶体管结构上的差异令不同放大器的噪声量也大不相同。下面是两个具体例子。
　　1、双极输入运算放大器的噪声：噪声电压主要由电阻的热噪声以及输入基极电流的高频区射击噪声所造成，低频噪声电平大小取决于流入电阻的输入晶体管基极电流产生的低频噪声；噪声电流主要由输入基极电流的射击噪声及电阻的低频噪声所产生。
　　2、CMOS 输入运算放大器的噪声：噪声电压主要由高频区通道电阻的热噪声及低频区的低频噪声所造成，CMOS放大器的转角频率（corner frequency）比双极放大器高，而宽带噪声也远比双极放大器高；噪声电流主要由输入门极漏电的射击噪声所产生，CMOS放大器的噪声电流远比双极放大器低，但温度每升高10（C，其噪声电流便会增加约40%。
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前级放大器线路越简略就是越理想吗？  
有非常多的废话谈论前级放大器，因此，现在是该为它澄清的时候了。在理想的环境聆听中，组件数目越少的讯号路径设计，这种放大器可能会越完全真实。这就是simple is the best理论。  
每多用一个组件，会增加一分失真，而开关和音量控制却是主要的。但是很多好的录音能够达致做到，需要在前面的音调上，帮一个忙，才能消除掉回放时那些声音尖刺、令人聆听起来容易感到疲倦的毛病。  
这样一来，就产生了这种情况：音调控制提供精密敏感的的运作（事实上许多层次的前级放大器都采用了步进制的电阻选择器取代了常用的电位器）。当你试听一个放大器，不妨做一个尝试：只使用它附有的低音与高音旋钮控制音量的时候，你会聆听到相应的差异。你应该相对地小的变化。这种现像不单只是发生在聆听摇滚音乐或流行音乐上，甚至聆听古典音乐的朋友，也会时常想找对一个「左手向下的」在高音上渐减的旋钮，驯化录音天然的。
音量控制器已经尽力仍不能令放大器更高声输出——令书架型音箱的低音单元听起来像怪物 Cerwin Vega。请紧记我们提到的附加失真？为了舞会尽兴，将旋钮旋到低音和高音都提高的位置，整个声浪提高了，但失真已经开始吹拍喇叭。    
既有好音量调控制的前级放大器，又可以直接的音源输出，或设有一个「音量撤离」按钮，当需要时可以将它旁路。但要留意的一点，纯化论者会更甚至这仍然坚持越简单越好。    
前级放大器与后级放大器输出、输入阻抗匹配  
前级放大器与后级放大器皆有输出与输入阻抗这项规格，输出阻抗表示前级或后级放大器讯号输出的内阻，单位是欧姆，输出阻抗越低，就表示该放大器的内阻越低、驱动能力越强。同理，输入阻抗就是前级放大器或后级放大器对于讯号输入器材时所遇到的阻抗，单位也是欧姆。输入阻抗越高，就表示前端器材可以推得更轻松，同时也可以降低负载效应的影响。每部放大器都有输入阻抗与输出阻抗，一般而言，输入阻抗Ri越高越好，输出阻抗Ro越低越好。阻抗匹配理想上前级的输出阻抗越低越好，而后级放大器的输入阻抗越高越好，这是为了避免负载效应的影响。  
通常后级放大器的输入阻抗，前级放大器输出阻抗的十倍以上，这样才能让前级的实力尽量发挥。这就好比火车头拉车厢的道理是相同的，相同的车厢让不同马力的火车头拉动，轻松程度自然不一样，马力越大（输出阻抗越低）的火车头，拉动重量越轻（输入阻抗越高）的车厢，自然轻松愉快。
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