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信号放大基础：什么是信号放大，如何正确地进行信号放大

张飞

2024-12-2 19:20:58

1129 信号

晶体管和运放都可以放大信号，但到底什么是信号放大，以及如何正确地进行信号放大。

在学习电子设计的过程中，我从未在微控制器和逻辑门的世界里遇到过什么困难。但模拟电路是一个不同的故事；有好一阵子，我只能抄袭别人的设计，然后漫无目的地去采购原理图上出现的早已过时的元件。
经过多年的反复试验，我知道模拟信号处理是一个复杂的研究领域，但终于可以比较轻松地驾驭它了。在今天的文章中，我想与大家分享最常见的电路设计任务之一：放大微弱信号，使其适合驱动模数转换器、扬声器、LED 和其他 I/O。
放大到底是什么？
你最有可能遇到的放大电路有两种：电压放大器和功率放大器。
电压放大器相对直接。电压是电子电路中传递信息的主要方式，但有时你会遇到信号幅度太小，以至于其他设备难以识别。例如，驻极体麦克风、光电二极管或温度传感器的输出信号，通常在毫伏级别。电压放大器的工作就是将这些微小的读数乘以某个固定值（“增益”），从而生成适合一般使用的输出信号。
功率放大则不同。你可能遇到过这样的情况：在开路测量时，信号看起来很好，但当连接到负载时，信号会急剧下降：一个典型的例子就是微控制器的输出引脚直接连接到电机或扬声器。信号的衰减是欧姆定律的直接结果：V = IR。单片机上的单个引脚最多只能提供 40 mA 左右的电流；如果它要驱动一个 8 Ω 扬声器，那么无论芯片希望达到什么效果，扬声器两端的电压都不会超过 320 mV（40 mA * 8 Ω）。要使扬声器两端的电压差达到 5 V，我们需要输出 625 mA 的电流。