Tiêu chí Lựa chọn Bộ Khuếch Đại cho Nhà Thiết kế PCB

Mọi người có lẽ đều quen thuộc với op-amp 741 cổ điển, đặc biệt là nếu bạn nhớ lại các lớp học điện tử cơ bản của mình. Tuy nhiên, khi nói đến các ứng dụng chuyên biệt, dải các bộ khuếch đại có sẵn đủ để khiến bất kỳ nhà thiết kế nào cũng phải choáng ngợp. Một khi bạn hiểu cách các bộ khuếch đại trích dẫn các thông số kỹ thuật khác nhau, việc xác định bộ khuếch đại tốt nhất cho ứng dụng của bạn trở nên dễ dàng hơn. Chúng tôi đã biên soạn một danh sách các tiêu chí lựa chọn bộ khuếch đại quan trọng dành cho các nhà thiết kế PCB.

Các Lớp Bộ Khuếch Đại

Tất cả các bộ khuếch đại đều được chia thành các lớp khác nhau, điều này xác định tính hữu ích của chúng trong các ứng dụng khác nhau. Dưới đây là 5 lớp bộ khuếch đại phổ biến:

• Lớp A. Các bộ khuếch đại này được thiết kế để có độ tuyến tính cao và luôn được kích hoạt. Do đó, chúng không phù hợp cho các ứng dụng công suất cao vì chúng sẽ tiêu thụ nhiều năng lượng hơn so với các bộ khuếch đại ở các lớp khác.
• Lớp B. Các bộ khuếch đại này được thiết kế như một giải pháp hiệu quả hơn so với bộ khuếch đại lớp A. Tuy nhiên, do chúng sử dụng FETs, yêu cầu một lượng đầu vào tối thiểu để kích hoạt các transistor, chúng không tái tạo hoàn hảo dạng sóng đầu vào và tạo ra một số méo dạng sóng ở cường độ tín hiệu đầu vào thấp. Điều này được biết đến là méo dạng sóng chéo.
• Lớp AB. Các bộ khuếch đại này có lẽ là loại được sử dụng phổ biến nhất cho một loạt các ứng dụng. Chúng cung cấp hiệu suất cao hơn so với bộ khuếch đại lớp A mà không có méo dạng sóng chéo. Chúng cũng có phạm vi tuyến tính so sánh được.
• Lớp C. Các bộ khuếch đại này thường được sử dụng trong các ứng dụng RF. Chúng có thể được thiết kế với băng thông rộng nhờ sử dụng mạch LC nội bộ hoặc các mạch khác để cung cấp khả năng khuếch đại mạnh ở các tần số cao. Tuy nhiên, chúng có độ tuyến tính thấp hơn so với các lớp bộ khuếch đại đã nêu trên.
• Lớp D. Các bộ khuếch đại này sử dụng một hình thức của PWM để kiểm soát đầu ra. Đầu ra được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu tương tự với một bộ lọc thông thấp ở đầu ra. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ bằng cách chuyển đổi đầu ra thành tín hiệu PWM tần số cao hơn nhiều.

Ví dụ về bộ khuếch đại âm thanh lớp D

Lưu ý rằng có nhiều lớp bộ khuếch đại khác với các mức độ chuyên môn hóa khác nhau. Dù bạn chọn sử dụng lớp bộ khuếch đại nào, bạn cần phải cân nhắc một số thông số kỹ thuật khác nhau cho các bộ khuếch đại.

Các Thông Số Kỹ Thuật Quan Trọng cho Tiêu Chí Lựa Chọn Bộ Khuếch Đại

Khi lựa chọn bộ khuếch đại để làm việc với tín hiệu tương tự, hãy chú ý đến các thông số kỹ thuật sau:

• Độ lợi điện áp vòng mở và vòng kín. Độ lợi vòng mở cho bạn biết độ lợi tối đa bạn có thể sản xuất với bộ khuếch đại của mình. Trên thực tế, bạn sẽ đo độ lợi vòng kín khi áp dụng phản hồi. Lưu ý rằng đây là một chức năng của tần số; đồ thị Bode của phổ độ lợi sẽ giống như của một bộ lọc thông thấp.
• Phạm vi tuyến tính. Có một số cách để trích dẫn giá trị này. Mối quan hệ giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra không bao giờ hoàn toàn tuyến tính, nhưng nó có thể gần gũi trong nhiều ứng dụng. Điều này có thể được chỉ định như một phạm vi của các mức tín hiệu đầu vào (thường là trong dBm) hoặc như một giá trị đầu vào tối đa với một số giá trị méo tương ứng.
• Phạm vi động. Đơn giản là sự khác biệt giữa các giá trị đầu ra nhỏ nhất và lớn nhất có thể. Giá trị thấp nhất bị giới hạn bởi mức nền nhiễu, trong khi giá trị cao nhất bị giới hạn bởi phạm vi đầu vào tuyến tính. Nói chung, phạm vi động là DR = SNR + 1.
• Dải tần. Đối với các bộ khuếch đại chung, điều này thực sự liên quan đến thời gian tăng, là thời gian cần thiết để mạch chuyển đổi (từ 10% đến 90%). Điều này sẽ giới hạn phạm vi các tần số hữu ích trong bộ khuếch đại (xem ghi chú dưới danh sách này).
• Tốc độ thay đổi. Đây là tốc độ thay đổi của đầu ra, thường được tính bằng V/us hoặc V/ns.
• Tỷ lệ từ chối chế độ chung. Đây là khả năng của bộ khuếch đại để từ chối nhiễu chế độ chung xuất hiện ở cả hai đầu vào của bộ khuếch đại.
• Hiệu suất. Con số này thực sự là một phát biểu về lượng công suất tiêu hao dưới dạng nhiệt. Một bộ khuếch đại hiệu quả hơn sẽ tiêu hao một phần nhỏ công suất dưới dạng nhiệt.
• Đầu vào. Bộ khuếch đại có thể hoàn toàn đơn cực hoặc hoàn toàn khác biệt (tức là, đầu vào và đầu ra khác biệt).

Tất cả các thông số trên sẽ phụ thuộc vào tần số đầu vào. Các bộ khuếch đại chuyên biệt sẽ có dải tần được chỉ định trong các phạm vi tần số nhất định. Đảm bảo rằng dải tần trùng khớp với phạm vi tần số quan tâm. Có những thông số quan trọng khác cho các bộ khuếch đại được sử dụng trong các ứng dụng cụ thể.

Bộ khuếch đại công suất

Tất cả các bộ khuếch đại công suất (thông thường là lớp B, C, hoặc AB) được thiết kế để hoạt động gần điểm nén phi tuyến của chúng và sẽ tiêu hao một lượng lớn công suất trong quá trình hoạt động. Nói chung, công suất đầu ra từ một bộ khuếch đại sẽ giảm khi nhiệt độ tăng; các bộ khuếch đại ổn định chất lượng cao nên cung cấp ít hơn 1 dB giảm công suất đầu ra trên toàn bộ phạm vi nhiệt độ hoạt động. Các thông số khác nên thể hiện sự ổn định tương tự.

Khi lựa chọn một bộ khuếch đại công suất, dù là cho các ứng dụng cụ thể hay ứng dụng chung, các điểm đã liệt kê trước đó vẫn nên được xem xét. Tuy nhiên, bộ khuếch đại công suất đã phát triển cho các ứng dụng khác nhau, và các thông số kỹ thuật được liệt kê cho các bộ khuếch đại khác nhau được điều chỉnh cho các nhà thiết kế làm việc với những ứng dụng chuyên biệt này. Một ví dụ xuất sắc là trong bộ khuếch đại công suất RF, nơi mà các bộ khuếch đại cho các băng tần khác nhau dựa trên các quy trình bán dẫn khác nhau.

Sự phi tuyến tính vốn có trong các bộ khuếch đại này sẽ dẫn đến một số hiệu ứng không mong muốn trong quá trình hoạt động. Các nhà thiết kế từ cộng đồng âm thanh có lẽ đã quen thuộc với tổng méo hài hòa (THD) hoặc tổng méo hài hòa cộng nhiễu (THD+N). Méo hài hòa là một hiệu ứng phi tuyến, nơi mà các hài hòa bậc cao hơn của tín hiệu mong muốn xuất hiện tại đầu ra. Bộ khuếch đại công suất của bạn nên có mức THD hoặc THD+N thấp nhất có thể (thường được biểu thị dưới dạng phần trăm).

Bộ khuếch đại công suất làm việc với các tín hiệu điều chế tần số thường chỉ định méo dưới dạng điểm chặn bậc ba (3OIP). Bản chất phi tuyến của bộ khuếch đại công suất sẽ tạo ra các hài hòa bậc cao và sản phẩm điều chế chéo, phát sinh do điều chế tần số phi tuyến giữa các tần số khác nhau trong một tín hiệu điều chế tần số. Những sản phẩm điều chế chéo này xuất hiện như các băng phụ trong phổ đầu ra của bộ khuếch đại. Mức méo này do phi tuyến cũng được trích dẫn như méo điều chế chéo (IMD) bên ngoài cộng đồng RF.

Ví dụ ngoại suy OIP3 trong một bộ khuếch đại công suất cho tín hiệu điều chế tần số.

Mặc dù có nhiều sản phẩm điều chế chéo khả dĩ, các sản phẩm bậc lẻ là quan trọng nhất vì chúng nằm gần với dải tần số bạn đang làm việc. Các sản phẩm điều chế chéo bậc ba nằm gần với các tần số mong muốn nhất, tiếp theo là bậc năm, bảy, và tiếp tục như vậy. 3OIP thường được trích dẫn như một giá trị công suất đầu vào tại đó cường độ của các sản phẩm điều chế chéo bậc ba sẽ có cùng cường độ đầu ra như tín hiệu mong muốn.

Octopart ở đây để cung cấp cho bạn quyền truy cập vào một phạm vi rộng lớn các thành phần bộ khuếch đại mục đích chung và chuyên biệt cho hệ thống tiếp theo của bạn. Nếu bạn không chắc chắn bộ khuếch đại nào bạn cần, hãy thử sử dụng hướng dẫn Chọn Phần của chúng tôi để xác định lựa chọn tốt nhất cho sản phẩm tiếp theo của bạn.

Hãy chắc chắn cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.