通过前置放大电路被引入的信号,举个例子来说,由麦克风获取的声音信号如此微弱以致于该信号必须经过放大处理之后才能被引入下一级。前置放大电路的电压增益一般是比较高的,因而可将弱信号放大数倍。图2。1为一麦克风前置放大器电路。
图2。1 麦克风前置放大器电路
2。2 带通滤波电路
带通滤波电路指只允许特定频率信号通过而过滤掉其余频率信号的电路。带通滤波器能够将某些频段内的波信号通过但过滤掉其余频段内的波信号。带通滤波器可以由一个低通滤波器和一个高通滤波器串联组合而成。在实际的微弱信号放大电路设计中,往往采用多级带通滤波电路而非单级滤波电路的方式以取得较为理想的信号处理效果。
理想的带通滤波器的特性为通带平坦无起伏[4]、经过通带的信号既不会被放大也不会衰减而且处于通带以外的信号衰减为0。但是,理想的带通滤波器并不存在[5]。实际的滤波器并不能够把我们希望过滤掉的信号完全过滤掉,特别是通带外的阻带中存在被衰减但仍能经过通带的信号。上述现象称为滤波器的滚降现象。一般来说,滤波器的滚降范围越小意味着其性能越接近于理想的带通滤波器。但是,滚降范围的缩小也会通带内变得不再那么平坦而出现一些起伏,这种现象通常称之为吉布斯现象[6]。带通滤波器有一个上截止频率f1和一个下截止频率f2,其带宽为f2与f1的差,即f2-f1。
带通滤波器在日常生产生活中的应用十分广泛,不仅应用于信号处理和电子等许多领域,而且也能气象学领域。一个例子便是使用带通滤波器去过滤掉一段时间之内的气象信息数据,从而留下有用的部分。图2。2为狭义的带通滤波器的电路图及频响图。
图2。2 狭义的带通滤波器电路图及频响图
2。3 输出级放大电路
为了提高所设计电路中后级的驱动能力,常常采用输出级放大电路来达到目的。输出级放大电路一般要求输出级具有一定的带负载能力且功耗不能太高等。如果要求输出接近于恒压输出,则应选择具有较小阻值输出电阻的共集组态电路。而如果要求输出接近于恒流输出,则应选择输出电阻较大的共基或共射组态放大电路。
2。4 运算放大器
集成运算放大器(集成运放)非常普遍地应用于电子学领域尤其是在模拟集成电路中,它不仅用于信号的运算[7]、处理[8]、测量以及信号的产生等,而且也能应用在开关电路中。从某种意义上来说,运算放大器是我们所设计的微弱信号放大电路中的核心器件,它的性能将直接影响我们所设计电路的性能。
集成电路运算放大器是一种电子器件,它是采用一定制造工艺将大量半导体三极管、电阻、电容等元件及它们之间的连线制作在同一小块单晶硅的芯片上,并具有一定功能的电子电路。集成运放具有非常多的种类,尽管不同类型运放的电路不尽相同,但它们的电路在结构上具有相同之处。图2。3为集成电路运算放大器的内部结构框图。
图2。3 集成电路运算放大器内部结构框图
输入级由差分式放大电路组成,利用其电路对称性可提高整个运放电路的性能;设计中间电压放大级的目的是提高电压增益,可以用单级或多级放大电路构成中间电压放大级;输出级的电压增益为1,但可以为负载提供一定的功率,电路由两个电源V+和V-供电。整个电路设计成两个输入端P和N,一个输出端O。三端的电压分别用Vp、Vn和Vo表示,它们都是以正、负电源的中间接点作为参考电位点。P端称为同相输入端而N端称为反相输入端,即当P端加电压信号Vp时,在O端得到的输出电压Vo与Vp同相;而当在N端加入电压信号Vn时,Vo和Vn反相。一个实际的集成运放,P、N与O端的电压信号之间的相位关系是确定的。