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如何节省3dB输出功率损耗?一个串联反馈电路就解决了-电路图讲解-电子技术方案

TAG 如何节省3dB输出功率损耗?一个串联反馈电路就解决了-电路图讲解-电子技术方案 2019-4-16 From InterNet By 呆呆 hits

人们经常对运放采用串联终结方式,以匹配负载的阻抗。但这种实用方法会在终结电阻上产生3dB的输出功率损耗(图1)。较新型运放采用3V和5V工作,限制了输出摆幅,这意味着应避免采用串联匹配电阻方法。另一种办法是用一个串联反馈电路来设定输出阻抗。在40多年前,GTE Lenkurt电子公司的一名高级研究工程师John Wittman就介绍过这一技术。  

图1,采用一个与负载相等的串联终结电阻会浪费3dB的功率,使输出摆幅减半。   采用了这种技术后,设定输出阻抗可以增加6dB的相互反馈,获得优于30dB的返回损耗。需要增加的是一只串联电流检测电阻、另一只运放,以及一个限流电阻(图2)。本例显示的是高侧传感器和一个非平衡负载。正向放大器设计为两倍于空载所需增益。在本例中,开路增益为2.7,输入阻抗为1Ω。输入电流为1A,输入信号为1V.

    

 图2,这种方法采用了一个高侧电流检测电阻和第二只放大器,将输出阻抗设定为匹配于负载,从而可以达到几乎全部输出摆幅。   为匹配放大器的1Ω负载,串联反馈电路必须从运放的负输入端转出一半的输入电流。原1A输入电流流经RF?,减少到0.5A,意味着输出电压是开路电压的一半。输出阻抗现在为1Ω,串联反馈为6dB,于是输出阻抗能与负载相匹配,并仍能获得放大器的几乎满电压摆幅,再也不会在串联终结上浪费掉一半输出功率。本例使用的电流检测电阻值是输出负载的3%,这样功耗将为3%.通过仔细设计,可以将功耗降低到1%以下。   


 在电信线路中,为获得纵向平衡,两根导线的对地阻抗应该相等。纵向平衡可防止出现串扰与60Hz感应噪声。这在DSL(数字用户线)服务的较高频率下也很重要。电信公司一般采用变压器来提供80dB~120dB的纵向平衡。变压器也隔离了闪电等所导致的瞬流。这一技术的应用可以通过变压器耦合与低侧的电流检测(图3)。设计过程仍然相同,不过只要两只电阻就可以提供6dB的反馈。   用状态方程可以做电路分析的形式化。对于图2中的电路,由于运放的负输入端为虚拟地,可以获得输入电压与电流的关系:IIN=(VIN- V-)/1Ω=VIN/1Ω。由于运放的负输入端为高阻抗,因此该端点的电流必须加到0A上,由此可获得另一个方程。   汇总V-上的电流,但结点电流要参照检测电阻,包括0.3Ω的电阻以及0.03Ω的检测电阻:0=VIN/1Ω+VOUT/2.7Ω+0.37VOUT/ RLOAD.可以将电路函数以矢量和矩阵形式表示:(I)=(ADMITTANCE)&TImes;(V)。还可以对适当的电流状态做展开:         然后,展开成电压的矢量表示式:     将这些值代入(I)= (ADMITTANCE)&TImes;(V),解出(V):     对于图2中的电路,强制函数为I1;输入电流为1A.对导纳矩阵求反,然后乘以电流矢量,就可以得到电压矢量。用惠普公司的HP-48计算器可以完成这个艰难的工作。获得的结果是:VIN为1V,计算出VOUT为-1.35V,是无负载增益2.7的一半。然后对1000Ω的负载电阻重复这个分析:       对矩阵(Y)求反,乘以I矩阵,I1为1A,得到一个开路负载的电压矢量,VIN等于1V,而VOUT为-2.7V,从而确认了设计是正确的。                                          


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