放大器电路

放大器是一种电子组件，具有至少一个有源元件（通常是晶体管、集成运算放大器，有时还有电子管），它以输出变量大于输入变量的方式处理输入的模拟信号。 输出通常必须能够提供比输入吸收更多的功率。 附加功率取自能源，即电池或电源。 有用于直流或直流电压的放大器，也有用于交流或交流电压的放大器。

基本特征通常是线性：输入变量加倍必然导致输出变量加倍。 偏离线性度通常是不受欢迎的，被称为失真。 然后还会生成不包含在输入信号中的组合频率，并导致音频放大器中的声音失真。 对于特殊任务，代替线性行为，例如，对数或根提取行为或适应听觉正确音量的行为可能是合适的。

从外部源馈入的信号由放大器以模拟输入信号的时间过程的方式进行整形 - 仅具有更高的功率。 这可以比作复印机的放大功能——它也不会放大原件，而只会创建更大的图像。 因此，放大器通过本质上用作电控电阻器来创建弱输入信号的“更强图像”：对于低输入信号，它对来自能源的电压产生高电阻，因此它被相对强烈地衰减; 当输入信号较高时，它呈现较低的电阻，因此能量可以相对畅通无阻地流动。

电压增益 aU 和电流增益 aI 之间存在区别，后者也称为缓冲器，因为输入端的电压与输出端的电压相同。 在衰减、负放大的情况下，aU 变得小于 1 或小于 0 dB(v)，这表征滤波器在其中某些频率范围被衰减。 一个典型的例子：音频前置放大器的声音设置。

例如，低频范围内的放大意味着：通过小信号放大器将麦克风提供的几毫伏低电压提升到几伏。 扬声器要工作，就需要相应的功率放大器，它可以将音频电压放大到需要的值，作为大信号放大器，还可以提供足够的电流。

高频范围内的放大意味着，例如：在接收器中，来自天线的只有几微伏的非常低的电压在几个阶段中增加了百万倍，通常同时选择频率谐振电路的帮助。 在传输系统中，振荡器的低功率在几个放大器级中增加到几千瓦，并通过天线辐射。 具体性能取决于相应变送器的类型和用途。

电压跟随器不升高电压而是升高电流，输入电压上几乎没有任何负载。 输出电压近似等于输入电压，它“跟随”输入电压。 电压跟随器用于功率放大器、驻极体麦克风和静电计放大器。

此外，还区分了

• 具有宽传输范围的宽带放大器，例如传输范围为 0 至 100 MHz 的视频放大器。
• 具有窄传输范围的选择性放大器，例如传输范围为10.6～10.8 MHz的调频外差接收机调频中频放大器。

主要特点是您可以用很少的功率打开和关闭更大的电流（或电压）。 这通常与潜在的隔离有关，例如当电源电压切换时。

开关放大器可以用有源电子元件（晶体管、晶闸管、双向晶闸管、半导体继电器）或机械继电器来实现。 与模拟放大器相比，它们通常具有正反馈，这会导致滞后行为。 然后它们像阈值开关一样工作，特别是为了避免不精确的开关行为和消除干扰信号。

放大器中实际的放大元件是所谓的有源电子元件。 这包括晶体管和电子管，还有换能器（磁放大器）。微波激射器、IMPATT 二极管或隧道二极管也用于高频技术。 在少数情况下，SQUID 还作为特别低噪声的放大器用于测量技术。 这些组件的特点是大输出电流或大输出电压/功率与较小输入信号的可控性。

除了这些有源元件之外，放大器还需要大量的无源元件。 用于电源、参数稳定、阻抗匹配或保护。 这些包括电阻器、电容器、变压器和二极管。

分立式晶体管放大器越来越多地被运算放大器和集成功率放大器所取代，它们几乎包含了整个放大器电路，只需要很少的外部元件就可以工作。

放大率应在尽可能宽的频率范围内保持恒定，其特征在于下限频率和上限频率。 以下操作模式或放大器类别之间存在区别：

• A 类单端放大器：有源元件始终导通，电流受控。 应用于前置放大器以及吉他放大器的电子管功率放大器。 缺点是满量程的理论效率较低，为 6.25%（非有源支路中的欧姆电阻）或 25%（非有源支路中的线圈/变压器或恒流源）。
• A 类推挽放大器：有两个有源元件，都始终导通。 在无变压器功率放大器中的应用。 全驱动时的xxx理论效率为 50%。
• 推挽B类放大器：两个有源元件在推挽电路中交替工作。 全速驱动时的理论效率：78.5%。 由于过渡区域的高度非线性，此变体仅在特殊情况下使用。
• AB类推挽放大器：两个有源元件在推挽电路中交替工作。 满量程理论效率：50% ... 78.5%。
• 在全桥放大器中，两个推挽放大器在其中一个负载端子上相互对抗。 扬声器在两个放大器之间形成“桥梁”。 当必须在给定的负载阻抗和给定的电源电压（例如汽车收音机）下实现尽可能高的功率时，使用它们。

• C 类放大器：这些放大器使用单个有源组件，例如用于高频技术（作为功率放大器）。 它们不能用于所有调制过程。 C 类放大器是高度非线性的，但效率很高。 因此，它们通常用于在发射天线处放大信号。
• D 类放大器：模拟功率放大器也可以使用开关放大器构建。 模拟信号通过 PDM 调制器转换为脉宽调制开关信号，以高频打开和关闭大功率。 低通滤波器去除不需要的开关频率分量并重建所需的时间连续有用信号。 在音频放大器中，这种方法被称为数字功率放大器，其效率明显高于 AB 类和 B 类放大器。 因此，它们被用于高功率音频放大器，并且越来越多地用于小型电池供电设备。 独立于调制的理论效率：xxx。
• E 类放大器将 D 类和 C 类放大器的元件组合成一个效率最高的放大器。 有了这些，开关级在谐振电路上工作，谐振电路的电压通过低通滤波器到达负载。 当振荡电路达到过零时，开关级始终关闭，与 D 类放大器相比，这减少了开关损耗和干扰。 这种类型的应用领域是窄带高频放大器。

下面以小信号晶体管放大级为例说明放大器的功能。

晶体管的放大率在发射极电路中特别高，如果不需要高功率，大约 1 mA 的集电极电流就足以进行 A 操作。 通过电流反馈，可以实现所选工作点即使在晶体管参数个别分散的情况下也能保持并且几乎与温度无关。