前置放大器
解秘高保真前级（高保真前置放大器）
1 高保真前级（HIFI 前级，前置放大器）的作用1.1 高保真前级（HIFI 前级，前置放大器）音量控制很多高保真音频信号都很小，有的信号输出1Vrms（2.8Vpk-pk），有的信号源2Vrms，这样功放不能发挥足够的功率，需要把信号幅度放大，输入到功率放大器，然后通过高保真前级（前置放大器）调整音量，这是大部分人对前级（前置放大器的理解），当然这也是前置放大器或者前级最重要的功能，其实前级的作用远不止这些，后面会分别介绍。
前级信号幅度的放大（有些前级只是buffer，增益为0dB，1倍放大关系，常见的是10倍放大关系）是一个非常大的挑战，不仅要保证高保真信号源的原汁原味，更加重要的是要符合信号源输出的特性，引入尽量低的噪音（噪声），保持原来的信号的动态范围和信噪比，这就对电源的设计，器件的选择，系统的组装和设计提出了巨大的挑战，这也是很多前级为什么比后级昂贵的重要原因，尤其很多时候HIHG \\nEND 前级的价格都是出人意料的昂贵。
模拟HIFI 前级结构：【为什么非要用高保真前级（HIFI 前级，前置放大器）调整音量呢，利用声卡或者其他的数字方式可以实现吗？】答：数字调整音量用的数字算法，比如16bit的DAC，通过乘除实现音量的变化，但是问题在于，计算机或者数字设备存储信息的时候才用的二进制的方式，没有办法除尽（余数不准确），只能取近似的数值，尤其音量衰减比较大的时候，会引入严重的误差和错误，这个误差和错误直接导致音质和听感的本质变化，这种误差和错误可以计算出来，详细的计算（纯粹的数学运算）这里不做讨论。
采用高保真前级（前置放大器），保证数字信号的原汁原味，然后通过模拟的方式调整音量（也有部分是数字前级，采用高级的DAC技术，比如32bit\\nDAC技术），这样就可以减小上面所提到的错误和误差（这种误差和错误仍然存在，只是影响非常小），模拟的方式也并非没有缺点，模拟的处理技术会引入多余的噪声（噪音），会引入低噪，同时还会改变信号的模拟特性，这些特性很难得到一个全面的优秀，更加多时候我们只有平衡各个因素的影响进行取舍，这也造成前级设计的困难和代价的高昂。
公共广播中前置放大器的作用和特点
公共广播中前置放大器的作用和特点公共广播系统中的前置放大器（Pre-Amplifier）是一个重要的组成部分，它主要承担信号放大和信号处理的功能，起到提升音频信号质量和音频传输距离的作用。
下面将详细介绍公共广播中前置放大器的作用和特点。
作用：1.放大弱信号：前置放大器可以将来自音源设备（如麦克风、CD播放器等）的微弱音频信号放大到适当的电平，以便后续处理和传输。
这样可以确保信号在公共广播系统中的信噪比良好，不会出现信号过弱的情况。
2.调音：前置放大器通常具有调音台的功能，可以提供音频输入和输出的调节，包括调节音量、音质、音调等参数，以满足不同音源设备和广播环境的需求。
这样可以根据实际情况调整声音的平衡和均衡，使得广播音质更加逼真和清晰。
3.处理特殊信号：前置放大器还可以对特殊信号进行处理，如抑制噪声、消除杂音、增加低音等。
这样可以提高广播系统的抗干扰能力，减少信号失真和杂音干扰，使得广播音质更加清晰和稳定。
4.控制输入输出：前置放大器可以控制音频信号的输入和输出，方便对广播系统进行管理和控制。
比如可以控制音频输入源的选择，切换不同的音源设备进行广播；可以控制音量的调节，保证合适的音量水平；可以控制音频信号的路由，方便对广播系统进行分区管理等。
特点：1.高增益：前置放大器通常具有高增益，可以将来自音源设备的微弱信号放大到适当的电平，以满足广播系统的要求。
这样可以保证声音在传输过程中不会因为信号衰减而降低质量，同时也可以提高信号的传输距离。
2.低噪声：前置放大器在信号放大的过程中，通常会添加低噪声放大器，以减少噪声的引入。
这样可以提高广播系统的信噪比，使得广播音质更加清晰和稳定。
此外，前置放大器还会采用低噪声元器件和电路设计，以降低噪声干扰的影响。
3.宽频响：前置放大器可以提供宽频响，即能够处理较宽的频率范围。
这样可以满足不同音源设备的需求，如处理高音乐器、低音乐器、人声等。
同时，宽频响还可以保证广播系统在不同频率范围内的信号传输质量，避免因为频率衰减而导致音质变差。
前置放大器
电气121 何强
低噪声前置放大器
设计目的：
放大器本身存在噪声微弱信号常常埋在噪声中，所以要求检测一起必须具有抑制噪声，是信噪比良好的性能。
设计要求：
输入形式;不平衡的单接地BNC连接器
输入阻抗：100千欧
输入换算噪声电压密度：5nv√hz（100hz~100khz）
动态范围：60DB
增益频率特性：1hz~100khz
最大输出电压：+10v以上（正弦波用在7v以上）
输出阻抗：1欧以下
最大输出电流：±10MA以上
电源电压：直流±15V以上
设计注意：
（1)第一级要求功率增益大，以减少后级引入噪声
(2)前置放大器不应有负反馈因为反馈会使增益下降，从而使后级噪声增大
（3）低噪声的前置放大级的偏置电阻也会引入附加噪声电流设计思路
（1）芯片的选择
计算压摆率：SR=2*PI*F*Vpk
SR=6.28×10^6
根据情况选择芯片为OPA2228
设计电路
（1)根据要求放大60db（1000）故采用二级放大（2)去除直流部分，在电源和输出接上瓷片电容
（3)根据实际需要选择同向放大器
（4)输入换算密度噪声
（5)设计电路图
设计计电路图
仿真图。
前置电流放大器原理
前置电流放大器原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠前置电流放大器原理。
你想想看啊，电流就像是一群小蚂蚁在电线里忙忙碌碌地跑。
有时候这些小蚂蚁太弱小啦，我们得想办法让它们变得强壮些，能被我们更好地察觉和利用，这时候前置电流放大器就登场啦！前置电流放大器啊，就好比是给小蚂蚁们吃了大力丸，让它们一下子变得活力满满。
它可以把微弱的电流信号放大，就像把小芝麻变成大西瓜一样。
这可太重要啦，没有它，那些细微的电流信号可能就会被我们忽略掉呢。
它的工作原理呢，其实也不难理解。
就好像我们要把一个小玩具车变得跑得更快，我们就得给它加足马力呀。
前置电流放大器就是给电流信号加马力的那个角色。
它能捕捉到那些小小的电流，然后通过一些神奇的电路和元件，把它们变得大大的。
比如说吧，里面有一些晶体管之类的东西，它们就像是一个个小魔法师，能把微弱的电流变得强大起来。
而且啊，这些小魔法师还特别聪明，知道怎么恰到好处地进行放大，不会过度也不会不足。
咱再打个比方，前置电流放大器就像是一个优秀的翻译官。
电流信号就像是外语，我们普通人听不懂，但这个翻译官就能把它翻译成我们能明白的语言，还能大声地告诉我们。
你说这多神奇呀！要是没有它，我们很多电子设备都没法好好工作啦。
比如我们听音乐的时候，那些细微的声音信号要是没有经过前置电流放大器的处理，可能我们听到的音乐就会是模糊不清的，那多扫兴啊！在各种电路中，前置电流放大器都发挥着重要的作用呢。
它就像是一个默默奉献的小英雄，虽然我们平时可能不太注意到它，但它却一直在那里努力工作着，让我们的电子世界变得更加精彩。
所以啊，朋友们，可别小看了这个小小的前置电流放大器哦！它可是电子领域里的一个大宝贝呢！它让那些微弱的电流信号有了出头之日，让我们能更好地利用和感受电的魅力。
怎么样，是不是觉得很有意思呀？哈哈！。
核电子学-前置放大器1资料重点
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器的串联噪声和并联噪声
探测器-前置放大器第一级的信号和主要噪声源的等 效电路。
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器的串联噪声和并联噪声 探测器漏电流噪声
并联电流噪声源
和信号源是并联的。Rf
的电流噪声,也可以近似看作和信号电流并联，因为放
大器的输出阻抗通常很小。
串联电压噪声源
串联电压噪声源 场效应管的沟道噪声和闪烁噪声为 等效在输入端的串联电压噪声源。
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器的串联噪声和并联噪声 为了和并联电流噪声源进行比较，可以将串联电压 噪声源等效为与信号并联的电流噪声源。
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声
将前置放大器的输入电流噪声等效为输出电压噪声可 得：
可见，噪声的功率谱密度函数即 这一噪声总表达式是很有用的，它为进一步抑制噪声， 提高信噪比提供了理论依据。
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
核电子学与核仪器
东华理工大学 核工系
上次课关键点
前置放大器的作用与分类
作用：提高信噪比、减少外界干扰的影响、合理 布局，便于调节和使用、实现阻抗转换和匹配 分类：电压灵敏前置放大器、电荷灵敏前置放大 器、电流灵敏前置放大器
电荷灵敏前置放大器的特性
变换增益、输出稳定性、输出噪声、输出脉冲上 升时间及其稳定性、计数率效应
电阻RD热噪声
集成运算放大器的组成及各部分作用
集成运算放大器的组成及各部分作用
1. 前置放大器
前置放大器是集成运放电路中最重要的部分。
它可以放大微弱信号，使其变得足够大，以便进一步处理和使用。
前置放大器通常由一个差分放大器和一个放大器电路组成。
2. 差分放大器
差分放大器是集成运放电路中最基本的部分。
其作用是可以将输入信号进行差分处理，以提高信号的抗干扰能力和放大增益。
3. 反馈电路
反馈电路是集成运放电路中的重要部分，它通过反馈将输出信号引入到输入端，调整放大器的放大倍数和性能参数，稳定电压增益，减小失真和噪音。
4. 电源系统
用于提供集成运放电路所需的直流电源，它可以使硅片工作在恒流源模式下，从而提高高频带宽和下降失真。
5. 输出级
输出级是集成运放电路的最后一级，它用于从集成运放电路中获取信号，使其变得具有使用价值，输出的信号幅度和频率范围很广。
6. 其他
除了上述几个基本部分以外，集成运放电路中还有一些功能电路，如电压跟随器、滤波器等，它们可以使集成运放电路具有更多的功能。
综上所述，集成运放电路是一种高度集成化的半导体电路，具有
放大、滤波、信号调理等多种功能，被广泛应用于模拟信号处理、控
制系统、通信系统等领域。
前置放大器与功率放大器
第一节前置放大器与功率放大器一、前置放大器1.前置放大器的功能与主要性能在歌舞厅、会堂以及家庭等场合，广泛使用的放大器分为音频放大器（亦称声频放大器）TAV放大器（视听放大器）两类。
音频放大器又分前置放大器和功率放大器两种，它们只接收、放大、处理音频信号；而AV放大器可以接收、放大、处理音频和视频信号。
在音频放大器中，前置放大器（又称电压放大器、控制放大器）的作用是对它的输入各种音频节目源信号进行选择和放大，并调整输入信号的频响、幅度等，以美化音质。
功率放大器则是将前置放大器送来的信号进行无失真的单纯功率放大，以推动扬声器放音。
前置放大器和功率放大器可以独立装成两台机器，也可以组装在一台机器内。
组装在一起的称为综合功率放大器或综合放大器港台或市场上则称为合并式功放，而把分开做成两台机器的有时又称为前级和后级功放。
①对各种节目源信号（如激光唱机、电唱机、调谐器、录音机或传声器）进行选择与处理；②将微弱的输入信号放大到0.5-1V，以推动后续的功率放大器；③进行各种音质控制、以美化音色。
因此它的控制旋钮多、性能高，对改善整个音响系统的性能，提高音质、音色，以高保真的指标对音频信号进行切换、放大、处理并传递到功放级，具有极为重要的作用。
它的地位和重要性相当于调音台，因为它的输入接自各种节目源信号，它的输出传输给功放和扬声器放大器也可以说是整个音响系统的控制中心。
显然，在设计和选用音响系统设备时，采用前置放大器就不必再用调音台，或者反之，采用了调音台就不必选用前置放大器。
从结构、能以及功能来说，前置放大器要比调音台简单些。
2.前置放大器的主要性能前置放大器的主要性能指标有：失真度、信噪比、频率响应、转换速率（SR）、输入阻抗和动态范围等。
①失真度。
失真包括谐波失真和互调失真等，当然其值越小越好。
作为高保真前置放大的最低要求，其谐波失真应≤0.5%。
目前，前置放大器的指标可做得很高。
谐波失真一般能做到小于0.01%，瞬态互调失真大多在0.05%以下。
前置放大电路的主要用途及形式
前置放大电路的主要用途及形式
前置放大电路是一种电子电路，主要用于放大输入信号的幅度，并将其输出给后续的放大器或处理电路。
它可以用于各种应用，包括音频放大、通信系统、测量仪器和放大器等。
前置放大电路的形式可以有多种，根据其功能和应用需求的不同，可以采用不同的电路结构和元件组成。
以下是几种常见的前置放大电路形式：
1.共射极放大器：使用一个晶体管（如NPN型）作为放大器的核心元件，输入信号通过输入电容耦合到晶体管的基极，输出信号从晶体管的集电极获取。
这种形式的前置放大电路具有较高的电压增益和较低的输出阻抗，适用于高增益的放大要求。
2.共基极放大器：同样使用一个晶体管作为放大器的核心元件，输入信号直接耦合到晶体管的基极，输出信号从晶体管的发射极获取。
这种形式的前置放大电路具有较低的输入阻抗和较高的电流增益，适用于高阻抗信号源的放大要求。
3.共栅极放大器：使用一个场效应管作为放大器的核心元件，输入信号通过输入电容耦合到场效应管的栅极，输出信号从场效应管的源极获取。
这种形式的前置放大电路具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗，适用于对输入信号的驱动能力要求较高的场合。
除了以上几种形式外，还可以根据具体应用需求设计其他类型的前置放大电路，如差分放大器、共模放大器等。
不同形式的前置放大电路各有优缺点，适用于不同的应用场景。
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这就是核辐射探测器经常使用LN2制冷或半导体制冷的原因， 必要时把前置放大器的第一级放大电路也放在低温下。
核电子学中信号的放大
信号屏蔽电缆线 辐 射 源 核探 测器 前置放大器 主放大 器 （弱信号用双 芯屏蔽电缆）
di 2 4kT / R df
1 和温度有关，温度升高， 热运动剧烈，噪声电流 或电压增加； 2 与外加电压或流过电阻的 平均电流无关。 3 平均脉宽取决于载流子每 秒碰撞次数的倒数，为 皮秒级
热 噪 声
核电子学中噪声的来源
核辐射测量仪器中很多器件如探测器、晶体管和电阻 等都会产生噪声。它们对于信号噪声比或测量精确度 的影响是不同的，其中探测器和前置放大器第一级器件 产生的噪声，得到的放大倍数最大，影响也就最严重。
只要电路上和工艺上采取适当措施，外部干扰通常可以减小到次要程度
噪声的特点及表示方法
• 噪声是由所采用的元器件本身产生的，原则上可以设法减 小但无法完全消除。 • 噪声属于随机过程，它随时间的变化是杂乱无章的，但它 服从一定的统计规律。
– 噪声电压的时间平均值等于零。
– 只要有噪声存在，其平均功率就不为零。
散粒噪声和热噪声的比较
来源 散 粒 噪 声 不同点 相同点
由载流子产 生和消失的 随机性引起 的 ，它体现 了载流子数 目的涨落。
由载流子热 运动引起的 电流或电压 涨落，通常 是在载流子 大量存在的 情况下发生 的。
di 2 2I e df
1 平均电流大，载流子数目 涨落大，噪声电流大。 2 脉冲宽度等于载流子的渡 越时间为纳秒级； 在时间域里，都可以 表示为随机的脉冲序 列，通常近似为随机 的冲击序列。 它们具有共同的统计 特征：都是平稳随机 过程，频谱近似为常 数（白噪声）。
ID是探测器的反向漏电流。温度升高，ID增加，噪声也随之增大。 因此，低温运用可以降低探测器的噪声。
第一级放大器的噪声
第一级放大器：噪声性能优越的结型场效应管（JFET： Junction Field Effect Transistor）
通过扩散或其它工艺，在一块N型(或P型)半导体材料的两边各做一个高杂质浓 度的P型区(或N型区)，把两个P区(或N区)并联在一起，引出一个电极，称为栅 极(G)，在N型(或P型)半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极(S)和漏极(D) 。中间的N区(或P区)是电流的通道，称为导电沟道(简称沟道)。这种结构的管 摘自《模拟电子技术基础》（第三版），华成英主编，高等教育出版社， 2001 子称为 N沟道(或P沟道)结型场效应管。
放大通常分为预放大（由前置放大器完成）和主放大（ 由脉冲放大器完成）。
前置放大器的作用
1. 提高系统的信噪比； 2. 减小信号经由电缆传送时外界干扰的影响； 3. 主放大器通过长电缆与探头相连，主放大器本身和操作 人员可以摆脱现场条件的限制； 4. 实现阻抗转换和匹配。
前置放大器
核辐射探测器输出信号幅度
用半导体探测器对能量E0为1MeV的射线进行测量， 分析输出电压信号幅度的量级（设探测器的结电容 C0为10pF）。
ne E0e V 4.8mV C0 wC0
核电子学中信号的放大
信号屏蔽电缆线 辐 射 源 核探 测器 前置放大器 主放大 器 （弱信号用双 芯屏蔽电缆）
共源接法管的主要噪声源。
场效应管工作在低温下，噪声降低，有利于提高信噪比。
核电子学中噪声小结
• 噪声与干扰
– 噪声：电子器件内部产生 – 干扰：来自于外部
• 散粒噪声与热噪声
– 散粒噪声：载流子数目涨落 – 热噪声：载流子热运动
• 核电子学噪声的主要来源
放大通常分为预放大（由前置放大器完成）和主放大（ 由脉冲放大器完成）。
噪声和干扰
在信号的产生、传输和测量过程中，噪声会迭加于有用信号上， 从而降低测量精确度。
噪声：由电子器件本身产生的 干扰：来自外部因素 交流电网的工频（我国为50赫）干扰； 电视和无线电广播干扰； 大功率设备的电磁场干扰； 直流电源的纹波干扰； 仪器（或插件）之间及仪器内接地不良而产生的干扰。
核电子学中的噪声
在核电子学中遇到的噪声主要有三类： 散粒噪声、热噪声和低频噪声（又称1/f 噪声）。 在电子器件中，载流子产生和消失的随机性， 使得流动着的载流子数目发生波动，有时多些， 有时少些，由此引起的电流瞬时涨落称为散粒噪声。 热噪声是载流子做热运动产生的一种噪声。 低频噪声即1/f 噪声，又名闪变噪声或过量噪声， 其噪声电压随频率的降低而增大。
探测器中的漏电流噪声
半导体探测器的漏电流主要由三部分组成： •结周围产生的漏电流：如半导体表面吸附原子后形成 的表面电荷会引起漏电流，这种电流产生显著的低频噪声。 但是，通过表面纯化和采用保护环结构，这种噪声可大大降低。 •P区和N区少数载流子向结区扩散而形成的反向电流 散粒 •结区内因热激发产生的电子—空穴对所造成的反向电流 噪声
Vn
2
1 lim Vn2 (t )dt T T 0
T
信噪比
能量E
辐射源 输入信号电压Vi 探测器 Vo 放大器 （放大倍数A） Vno
等效噪声电压 (ENV)
信噪比—噪声对测量精度的影响，常用信号幅度和噪 声均方根值的相对值来表示：
V Vn
Vo Vi Vno (ENV)
探测器中的噪声
半导体探测器是反向偏置的PN结，其中存在着三种噪声源。 •并联电阻Rp的热噪声，Rp是耗尽层或补偿层的电阻 •串联电阻Rs的热噪声，Rs为探测器非灵敏区的材料体电阻 与引线电阻之和 •探测器漏电流ID的散粒噪声
iD CD Rp
Rs
vo(t)
对于面垒型探测器，Rp约为108-109Ω，在低温下工作的P-I-N 探测器， Rp可达1012Ω或更高。通常Rp比前置放大器或探测器 的偏置电阻大很多，因此， Rp及其热噪声可以忽略。 串联电阻Rs的影响虽然比Rp大，但是对性能良好的探测器来说 Rs也可忽略。