级联放大器增益，噪声数字和失真

不要试图菊链你的吉他放大器获得更多级联放大器增益

当我曾经弹吉他的时候，我很快意识到你最不应该做的事情就是把你的放大器连在一起。我一直很喜欢摇滚乐，也喜欢吉他的失真，但连上吉他放大器只会让声音更糟。在电子电路中，你可以将放大器串成级联放大器，在输出端将输入信号提高到更高的电平。

对于任何多级放大器，都存在一个问题，即级联放大器增益和饱和点可以在这些电路中达到而不产生失真。此外，输入端的噪声可以传播到输出，在那里它也会获得增益。下面介绍级联放大器如何在线性范围内工作时提供增益，以及如何配置放大器级以防止失真。

什么是级联放大器?

当一些设计师听到“放大器”这个词时，他们可能会想到运算放大器．这些组件封装在单独的集成电路中，并在电路图或原理图中具有熟悉的三角形符号。专门应用的真正放大器并不总是包含一个单独的放大器电路。相反，它们是级联放大器。级联放大器简单地说就是把多个放大器集中到一个器件上。一个放大级的输出连接到输入放大级。在专门的放大器集成电路中，有四个放大器级是很常见的。一些例子包括激光脉冲驱动器放大器和射频设计的功率放大器。

以这种方式将放大级串联起来，可以使输入信号获得更多的增益。放大器的每级所提供的增益是加性的或乘性的，只要放大器的每级不在饱和状态下运行。一个2级共发射极放大器电路的例子如下面的电路图所示。

2级共发射极放大器

在上面的示意图中，NPN晶体管的公共发射极配置已用于放大器级，但您也可以使用公共集电极配置。其他配置使用场效应晶体管放大器级，特别是功率放大器。电阻(和电容/电感)的配置将决定单个放大器级的增益。然而，级联放大器的总增益将取决于各个放大器的增益。

级联放大器增益和噪声图

放大器部分的增益就是输出信号除以输入信号。由于一个级的输出电压是下一个级的输入，总增益是每个放大器级的增益的乘积:

注意，增益也可以根据输入和输出电流来计算。用dB表示，总增益就是每个放大器级的dB增益之和:

任何出现在输入信号上的噪声也将被放大。放大器输出时产生的总噪声如下式所示。注意这个信号是一个标准信号噪声图表示为电压，单位为dB。每个Gi和Ni值以dB表示，n0为输入噪声级，单位为dB。

注意，这些方程假设放大器在线性范围内工作。如果放大器级的输入信号太大，放大器饱和，该级的输出信号将停止增加。然而，噪声水平将足够低，噪声仍将继续获得增益和增加。为了防止噪声的增长速度超过信号电平，每个放大器级必须在线性范围内运行。

离散多级放大器

如果您正在为特定应用创新新的组件架构，而SoC或理想的IC不可用，您可以从单独的单级放大器IC构建自己的多级放大器。在设计SoM、SoC或多级放大IC之前，这是一个试验新的级联放大器链的好方法。

设计自定义级联放大器链时要考虑的关键点是确定每个放大器级的饱和点。放大器级提供的增益只有在放大器在线性状态下运行时才能实现。如果一个放大器级运行接近饱和，所有后续级都可能饱和，导致输出信号中产生强烈的剪切和谐波。

就像一个单独的晶体管，一个特定的放大级的线性区域可以从一个载重线模拟．这本质上涉及到对放大器输入电压进行一系列的直流扫描。一个阶段的输出成为下一个阶段的输入;根据连接到每个级的电阻的值(参见上面的电阻R1和R3)，后续级的负载线可能位于饱和区域。这应该在设计过程中进行检查。

级联放大器的负载线。

无论您是为专门的信号链设计自定义多级放大器，还是需要模拟级联放大器的增益和效率，您都需要正确的一套PCB布局和设计软件．Allegro PCB Designer凯蒂丝也吃饱了设计工具套件可以帮助您从验证的组件模型创建级联放大器，并分析其功能的所有方面。您还将获得一套用于MCAD设计和制造准备的工具。

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