放大器電路

放大器是一種電子組件，具有至少一個有源元件（通常是晶體管、集成運算放大器，有時還有電子管），它以輸出變量大于輸入變量的方式處理輸入的模擬信號。 輸出通常必須能夠提供比輸入吸收更多的功率。 附加功率取自能源，即電池或電源。 有用于直流或直流電壓的放大器，也有用于交流或交流電壓的放大器。

基本特征通常是線性：輸入變量加倍必然導致輸出變量加倍。 偏離線性度通常是不受歡迎的，被稱為失真。 然后還會生成不包含在輸入信號中的組合頻率，并導致音頻放大器中的聲音失真。 對于特殊任務，代替線性行為，例如，對數或根提取行為或適應聽覺正確音量的行為可能是合適的。

從外部源饋入的信號由放大器以模擬輸入信號的時間過程的方式進行整形 - 僅具有更高的功率。 這可以比作復印機的放大功能——它也不會放大原件，而只會創建更大的圖像。 因此，放大器通過本質上用作電控電阻器來創建弱輸入信號的“更強圖像”：對于低輸入信號，它對來自能源的電壓產生高電阻，因此它被相對強烈地衰減; 當輸入信號較高時，它呈現較低的電阻，因此能量可以相對暢通無阻地流動。

電壓增益 aU 和電流增益 aI 之間存在區別，后者也稱為緩沖器，因為輸入端的電壓與輸出端的電壓相同。 在衰減、負放大的情況下，aU 變得小于 1 或小于 0 dB(v)，這表征濾波器在其中某些頻率范圍被衰減。 一個典型的例子：音頻前置放大器的聲音設置。

例如，低頻范圍內的放大意味著：通過小信號放大器將麥克風提供的幾毫伏低電壓提升到幾伏。 揚聲器要工作，就需要相應的功率放大器，它可以將音頻電壓放大到需要的值，作為大信號放大器，還可以提供足夠的電流。

高頻范圍內的放大意味著，例如：在接收器中，來自天線的只有幾微伏的非常低的電壓在幾個階段中增加了百萬倍，通常同時選擇頻率諧振電路的幫助。 在傳輸系統中，振蕩器的低功率在幾個放大器級中增加到幾千瓦，并通過天線輻射。 具體性能取決于相應變送器的類型和用途。

電壓跟隨器不升高電壓而是升高電流，輸入電壓上幾乎沒有任何負載。 輸出電壓近似等于輸入電壓，它“跟隨”輸入電壓。 電壓跟隨器用于功率放大器、駐極體麥克風和靜電計放大器。

此外，還區分了

• 具有寬傳輸范圍的寬帶放大器，例如傳輸范圍為 0 至 100 MHz 的視頻放大器。
• 具有窄傳輸范圍的選擇性放大器，例如傳輸范圍為10.6～10.8 MHz的調頻外差接收機調頻中頻放大器。

主要特點是您可以用很少的功率打開和關閉更大的電流（或電壓）。 這通常與潛在的隔離有關，例如當電源電壓切換時。

開關放大器可以用有源電子元件（晶體管、晶閘管、雙向晶閘管、半導體繼電器）或機械繼電器來實現。 與模擬放大器相比，它們通常具有正反饋，這會導致滯后行為。 然后它們像閾值開關一樣工作，特別是為了避免不精確的開關行為和消除干擾信號。

放大器中實際的放大元件是所謂的有源電子元件。 這包括晶體管和電子管，還有換能器（磁放大器）。微波激射器、IMPATT 二極管或隧道二極管也用于高頻技術。 在少數情況下，SQUID 還作為特別低噪聲的放大器用于測量技術。 這些組件的特點是大輸出電流或大輸出電壓/功率與較小輸入信號的可控性。

除了這些有源元件之外，放大器還需要大量的無源元件。 用于電源、參數穩定、阻抗匹配或保護。 這些包括電阻器、電容器、變壓器和二極管。

分立式晶體管放大器越來越多地被運算放大器和集成功率放大器所取代，它們幾乎包含了整個放大器電路，只需要很少的外部元件就可以工作。

放大率應在盡可能寬的頻率范圍內保持恒定，其特征在于下限頻率和上限頻率。 以下操作模式或放大器類別之間存在區別：

• A 類單端放大器：有源元件始終導通，電流受控。 應用于前置放大器以及吉他放大器的電子管功率放大器。 缺點是滿量程的理論效率較低，為 6.25%（非有源支路中的歐姆電阻）或 25%（非有源支路中的線圈/變壓器或恒流源）。
• A 類推挽放大器：有兩個有源元件，都始終導通。 在無變壓器功率放大器中的應用。 全驅動時的xxx理論效率為 50%。
• 推挽B類放大器：兩個有源元件在推挽電路中交替工作。 全速驅動時的理論效率：78.5%。 由于過渡區域的高度非線性，此變體僅在特殊情況下使用。
• AB類推挽放大器：兩個有源元件在推挽電路中交替工作。 滿量程理論效率：50% ... 78.5%。
• 在全橋放大器中，兩個推挽放大器在其中一個負載端子上相互對抗。 揚聲器在兩個放大器之間形成“橋梁”。 當必須在給定的負載阻抗和給定的電源電壓（例如汽車收音機）下實現盡可能高的功率時，使用它們。

• C 類放大器：這些放大器使用單個有源組件，例如用于高頻技術（作為功率放大器）。 它們不能用于所有調制過程。 C 類放大器是高度非線性的，但效率很高。 因此，它們通常用于在發射天線處放大信號。
• D 類放大器：模擬功率放大器也可以使用開關放大器構建。 模擬信號通過 PDM 調制器轉換為脈寬調制開關信號，以高頻打開和關閉大功率。 低通濾波器去除不需要的開關頻率分量并重建所需的時間連續有用信號。 在音頻放大器中，這種方法被稱為數字功率放大器，其效率明顯高于 AB 類和 B 類放大器。 因此，它們被用于高功率音頻放大器，并且越來越多地用于小型電池供電設備。 獨立于調制的理論效率：xxx。
• E 類放大器將 D 類和 C 類放大器的元件組合成一個效率最高的放大器。 有了這些，開關級在諧振電路上工作，諧振電路的電壓通過低通濾波器到達負載。 當振蕩電路達到過零時，開關級始終關閉，與 D 類放大器相比，這減少了開關損耗和干擾。 這種類型的應用領域是窄帶高頻放大器。

下面以小信號晶體管放大級為例說明放大器的功能。

晶體管的放大率在發射極電路中特別高，如果不需要高功率，大約 1 mA 的集電極電流就足以進行 A 操作。 通過電流反饋，可以實現所選工作點即使在晶體管參數個別分散的情況下也能保持并且幾乎與溫度無關。