讨论运放单级高增益放大与多级放大的优缺点

只看该作者 · 2012-6-14 15:55

本帖最后由 bybxjhsy 于 2012-6-14 16:39 编辑

如题，大家探讨下运放单级高增益放大与多级放大的优缺点，例如输入信号为微小交流信号，运放为同一运放，从增益，带宽，噪声，器件的选择等方面探讨这个问题。如，为了信噪比会有意提高放大增益，但增益大了需要大电阻，电阻大了又引来电阻的热噪声。多级放大吧，带宽又会下降，这仅是个人的一点不才的看法，还希望高手们来从多方面探讨这个问题。

1万 · 2012-6-14 17:14

单级放大器与多级放大器比较，各有千秋。参见下表：

1万 · 2012-6-14 17:26

还有：如果单级放大器的增益很高，高到差不多与多级放大器增益相当时，单级放大器的稳定性就变得很差。

只看该作者 · 2012-6-15 15:00

3# xmar
您好，请问这个单级放大器的增益多大叫做很高，有没有一个明确或者比较模糊的界限范围，放大1000倍的话叫做很大么？

1万 · 2012-6-15 16:40

好像在TI还是ADI的官网设计指南上看到过，单级以不超过100倍也就是40dB增益为宜，不过根据做实验来看，也要看所用运放的性能参数，用SGM721单级放大MIC信号，整150倍放大也没问题。

只看该作者 · 2012-6-15 21:46

如果运放将100K的信号放大100倍，信号里面有1M的噪声：
单级放大时，带宽至少要100K*100*10=100M，
         如果用这个100M的运放，对噪声是不会放大100倍的，
         而只放大了100*0.707=71倍。也就是说限制了噪声增益。
多级放大时，分两级各放大10倍。带宽只须要100K*10*10=10M，如果
         选用10M的运放那么噪声放大7.1倍，两级就是7.1*7.1
               如果选用100M的带宽噪声增益就是10*10。

只看该作者 · 2012-6-15 23:43

6楼的为何是100X0.707?

1万 · 2012-6-16 11:58

噪声是一个频谱,不是一个单频率.
放大的目的是为了后面的滤波,单单放大没有增加信噪比.
滤波能提取有用信号,衰减无用的频率段,那么信噪比自然就高了.

只看该作者 · 2012-6-17 07:32

本帖最后由 MCU52 于 2012-6-17 08:19 编辑

噪声也是多种单一频率的合成，拿个特例只是为了进行定性分析
运放本身就是个低通滤波器。在开环时增益可以为100多DB，也可以是0DB。
如果信号的频率在运放闭环-3DB内，而噪声在-3DB外，
那么噪声是可以衰减的，信噪比也会得到改善；
相反，如果信号的频率在运放闭环-3DB外，而噪声在-3DB内，
信噪比就会恶化。
如果信号，噪声都在在运放闭环-3DB内，
那样就麻烦了。

只看该作者 · 2012-6-17 20:33

到底几级，每一级到底需要高增益还是低增益，这个还与被处理信号的幅度，频率，噪声和器件选择也都有关系的，不能一概而论吧

只看该作者 · 2012-6-18 13:16

建议做两级放大：
1. 第一级采用低噪声高放，选择合理的低噪声运放。小en、is 较低的如入信号内阻。
2. 第二级做一般放大。
3. 必要情况下第三级做跟随进行后端阻抗匹配。

只看该作者 · 2017-3-25 22:37

xmar 发表于 2012-6-14 17:26
还有：如果单级放大器的增益很高，高到差不多与多级放大器增益相当时，单级放大器的稳定性就变得很差。 ...

运放当放大倍数为1的时候，或者射随的时候，最容易振荡吧？
（稳定性差，相位余量小）

为什么您说增益高的时候，稳定性差呢？

只看该作者 · 2017-3-26 13:31

多级放大带宽只会增加，用10M带宽120DB的放大器实现40DB增益带宽为100K，同样的放大器用两级20DB放大带宽接近1M。多级增益只会拓宽频响。

只看该作者 · 2017-3-26 22:10

xmar 发表于 2012-6-14 17:14
单级放大器与多级放大器比较，各有千秋。参见下表：

多级的带宽不是要宽些吗?

1万 · 2017-3-27 00:18

Well。

问题其实很简单。

但解决方法也不难。

然而必须要明确的就是。

直流工作点。

虽然教科书也提出了直流工作点的概念。

但直流工作点几乎不可能存在。

因为你们所谓的噪音问题就有了答案。

任何实际的电路其实都没有一个直流的工作点。

但SPICE肯定有一个稳定的直流工作点。

这是SPICE工作的必备条件，否则SPICE无法工作。

但现实电路却不可能真的存在一个直流工作点。

因为不存在直流工作点。

所以直流工作点就是震荡着平均值稳定。

这当然是频率补偿之后的情况。

不同补偿结果，导致不同的静态工作点。

如果你认为所谓的运放的电压跟随器在没有输入的情况下，输出的的直流工作点是波动，从而人为这是噪音。

那么本大师的教导就是：

压根就不存在直流工作点。

所有的直流工作点其实都是震荡着的，但平均值幅度越小就越能被接受。

至于所谓电阻的噪音问题。

可能存在。

但是本大师可以教导的就是：

不同阻值电阻导致不同的频率响应，带宽不同，直流工作点也就不可能一样。

但大概其是差不多一样的。

本大师还可以进行教导的就是：

人们并不知道什么样的直流工作点是正确，或合适的。

通常平均值越小则认为直流工作点约理想。

再次感谢大家！

1万 · 2017-3-27 00:31

与其说噪音。

还不如说是振荡。

电阻也可以震荡。

因为电阻也使RLC电路。

RLC电路本来就是在很多情况下必然震荡或有振铃的。

如果把这些震荡或振铃当作噪音。

那么这就只能说是教科书和学术界的无知了。

从今以后。

在本大师的教导下。

所有教科书的受害者们都应认识到所谓的噪音其实就是震荡。

而且还不是单一频率震荡。

是很多频率的震荡的叠加。

其表现形式就是所谓的噪音。

其当然必定存在频谱。

用频谱的概念来衡量多种频率震荡的叠加显然就是合适的。

但其原理就是多器件的多频率震荡。

如果你能测试出频率为广谱，那么就是很多活无数的频率成分的震荡。

如果只有几个频率成分，那么就是几个频率成分的频率震荡。

多种不同频率的震荡的叠加就是教科书和学术界所谓的噪音。

但教科书和学术界并不知道本大师的上述正确的教导。

谢谢大家！

1万 · 2017-3-27 00:33

而且本大师还可以教导你们的就是。

功率放大电路驱动一个喇叭。

也会产生噪音，

但这个噪音被认为是泛音。

泛音地性质本质就是噪音。

即使任何乐器钢琴小提琴sax等都是因为存在噪音，也就是泛音才音色不同的。

再次感谢大家！

1万 · 2017-3-27 00:34

你无法消除钢琴小提琴和sax的噪音也就是泛音。

那么放大电路也不可能消除噪音。

你的放大电路的参数确定之后，就存在一个确定的泛音，也就是噪音。

希望本大师的上述绝对正确的，并且还是你们前所未闻的正确教导，能够帮助所有的国产教科书的受害者们。

谢谢大家！·

只看该作者 · 2017-3-27 09:07

多级好

1万 · 2017-3-27 14:36

通常教科书认为热噪声是电子在导体内部的不规则运动导致的。

但是为何要不规则运动？

存在电路原理不能解释的现象吗？

如果这个世界存在电路原理无法解释的现象。

那么就说明电路原理存在问题或错误。

但到目前为止没有证据表明电路原理错误了。

那么就只能认为电路原理是正确的。

关于热噪声的问题。

无论白噪音还是功率频谱，功率频谱密度，还是能量频谱密度，抑或是高斯正态分布还是什么的。

仅仅就是对于噪音的表面现象的描述，而不是对于噪音原理的解释。

谢谢大家！

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