放大器,还是衰减器,或两者皆可?

问题:

我能否将放大器用作衰减器?

RAQ:  Issue 56

答案:

这是一个非常有趣的问题。表面看来这似乎有悖常理,但实际上人们想这么做确实有一些很好的理由。对于运算放大器来说,一个最有用的功能就是阻抗变换。在运算放大器之前,用上一个无源衰减器,或者将一个放大器用作衰减器,将能充分发挥运算放大器的这一功能。不过,必须事先注意一些问题。

当将放大器用作衰减器时,放大器的增益小于单位增益(G < 1)。因此一个前提就是放大器必须配置成反相器,这是因为反相增益为G = –RF/RG,而同相增益为G=(RF/RG)+1。通过简单分析好像看出,可用作放大器/衰减器的唯一可行配置就是反相,实际上未必,就像前面所述,加在同相放大器之前的无源衰减器提供同相输出。但也可以用一个差分放大器或者差动放大器,这两者的增益都是G = RF/RG。于是,实际上既可以采用反相放大器、亦可以采用同相放大器作为衰减器…或者就作为放大器使用。

上面提到过将放大器用作衰减器时需要注意一些问题。首先,就是当所用的反馈电阻阻值非常大的时候,这将带来几种隐患:一是系统噪声增大,二是失调电压变高,还有就是稳定性问题。较大的反馈电阻,加上放大器的输入和杂散电容,将会在放大器的反馈响应中引入一个极点,从而带来附加相移,进而减小放大器的相位裕度,并导致不稳定。

还有一个更重要的考虑因素就是噪声增益,以及它如何与放大器稳定性相关。切记,这里指的是噪声增益,而非决定放大器稳定性的信号增益。无论是反相还是同相放大器,此噪声增益都一样,均与同相增益相等。例如一个反相放大器,其信号增益为-0.5,同时还有一个1.5的噪声增益。一旦噪声增益确定,就可以转换成开环增益和相位图,来检查放大器的相位裕度和稳定性。如果在所选噪声增益上,其相位裕度为45°以上,该放大器工作才会稳定,如果小于45°,就可能出问题。另外一个方法就是在保持信号增益较低的同时,增加其噪声增益,不过这要等到另一期非常见问题解答中再予以讨论。

作者

John Ardizzoni

John Ardizzoni

John自2002年开始在ADI公司工作,担任高速放大器部门应用工程师。 加入ADI公司之前,他曾在IBM的RFIC应用部门和M/A-COM公司工作了20年。 John还是ADI公司“非常见问题解答”(RAQ)栏目的共同作者。 他拥有30多年的电子行业工作经验,曾撰写过许多文章和设计构想。