能否将放大器用作衰减器

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衰减器是在指定的频率范围内,一种用以引入一预定衰减的电路。一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。在有线电视系统里广泛使用衰减器以便满足多端口对电平的要求。如放大器的输入端、输出端电平的控制、分支衰减量的控制。衰减器有无源衰减器和有源衰减器两种。有源衰减器与其他热敏元件相配合组成可变衰减器,装置在放大器内用于自动增益或斜率控制电路中。无源衰减器有固定衰减器和可调衰减器。
 
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那么放大器可以用作衰减器吗?这是一个非常有趣的问题。表面看来这似乎有悖常理,但实际上人们想这么做确实有一些很好的理由。对于运算放大器来说,一个最有用的功能就是阻抗变换。在运算放大器之前,用上一个无源衰减器,或者将一个放大器用作衰减器,将能充分发挥运算放大器的这一功能。不过,必须事先注意一些问题。
 
当将放大器用作衰减器时,放大器的增益小于单位增益(G < 1)。因此一个前提就是放大器必须配置成反相器,这是因为反相增益为G = –RF/RG,而同相增益为G=(RF/RG)+1。通过简单分析好像看出,可用作放大器/衰减器的唯一可行配置就是反相,实际上未必,就像前面所述,加在同相放大器之前的无源衰减器提供同相输出。但也可以用一个差分放大器或者差动放大器,这两者的增益都是G = RF/RG。于是,实际上既可以采用反相放大器、亦可以采用同相放大器作为衰减器…或者就作为放大器使用。
 
无论形成功率衰减的机理和具体结构如何,总是可以用下式所示的两端口网络来描述衰减器。信号输入端的功率为P1,而输出端得功率为P2,衰减器的功率衰减量为A(dB)。若P1 、P2 以分贝毫瓦(dBm)表示,则两端功率间的关系为
 
P2(dBm)= P1(dBm)- A(dB)
 
可以看出,衰减量描述功率通过衰减器后功率的变小程度。衰减量的大小由构成衰减器的材料和结构确定。衰减量用分贝作单位,便于整机指标计算。
 
上面提到过将放大器用作衰减器时需要注意一些问题。首先,就是当所用的反馈电阻阻值非常大的时候,这将带来几种隐患:一是系统噪声增大,二是失调电压变高,还有就是稳定性问题。较大的反馈电阻,加上放大器的输入和杂散电容,将会在放大器的反馈响应中引入一个极点,从而带来附加相移,进而减小放大器的相位裕度,并导致不稳定。
 
还有一个更重要的考虑因素就是噪声增益,以及它如何与放大器稳定性相关。切记,这里指的是噪声增益,而非决定放大器稳定性的信号增益。无论是反相还是同相放大器,此噪声增益都一样,均与同相增益相等。例如一个反相放大器,其信号增益为-0.5,同时还有一个1.5的噪声增益。一旦噪声增益确定,就可以转换成开环增益和相位图,来检查放大器的相位裕度和稳定性。如果在所选噪声增益上,其相位裕度为45°以上,该放大器工作才会稳定,如果小于45°,就可能出问题。
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