放大器設計基礎

2020-08-31

放大器是一個術語，用于描述增加輸入信號強度的電路。

從音頻應用到射頻應用，放大器的應用領域廣泛。

但是，對于所有放大器，無論是直流，音頻，射頻，小信號，大信號還是任何其他應用，都有許多共同的考慮因素。

電子放大器可以以多種方式分類。它們可以提供高輸入阻抗，低輸出阻抗，并且可以具有各種不同的偏置和工作模式。高功率，低噪聲，A級，B級，C級等。選擇每種類型以適合不同的應用。

放大器電路符號

普通放大器符號是三角形，在整體框圖中，通常如下圖所示在正方形內。

通常，放大器符號，尤其是在電路內部使用時，如下圖所示。

第二個符號通常用于表示電路中的運算放大器或運算放大器。

放大器設計基礎

放大器可以多種方式制造。他們可以使用雙極晶體管，場效應晶體管，甚至熱電子閥/真空管。放大器可以包括在某種形式的電路塊或集成電路中。它們甚至可以采用運算放大器，運算放大器的形式。

可以將放大器視為具有兩個輸入端子和兩個輸出端子的模塊。由于接地通常是輸入和輸出的公共端子，因此通常只有三個端子：輸入，輸出和公共端子。

放大器增益，輸入和輸出電阻注意：盡管輸入和輸出
的“冷”端通常已接地，但在此處已分別顯示，因為這是通用圖

放大器具有三個主要屬性：

輸入電阻-R in：   輸入電阻是信號源應用于放大器的輸入時所看到的電阻。輸入電阻將成為電源的負載。負載是純電阻的情況是一種特殊情況，更通常的情況是阻抗。但是，出于解釋目的，將其視為電阻性的。
通過測量輸入電流和電壓，并使用歐姆定律確定電阻，可以輕松確定輸入電阻

輸出電阻-R out   輸出電阻是可以認為在放大器內的電阻，如下所示。它將與施加到放大器的任何負載形成一個分壓器網絡。同樣，輸出將具有指示性的ad電容性元件，這意味著它將是一個阻抗，但是對于大多數低頻應用而言，對于此解釋，可以將其視為電阻性的。
輸出電阻可以通過先在無負載條件下測量輸出電壓，然后再在有負載條件下測量負載電壓來確定。知道開路電壓和負載電阻以及負載下內部電阻兩端的壓降，就可以確定源輸出電阻。

增益：   放大器的增益顯然是其性能的關鍵因素。

放大器的電壓增益通常，電壓增益A V是關注的關鍵因素。定義為輸出電壓除以輸入電壓：

電壓增益，Av=V出V在Voltage Gain, Av=VoutVin

通常，在放大器中，波形可能會反轉，這由增益為負的事實表示。換句話說，如果放大器的絕對增益值為5，但對信號進行了反相，則對于1伏輸入，輸出將為-5伏，當輸入方程式時，增益為-5 。
放大器輸出電壓反轉，即與輸入異相180°在電路內也可以具有電流增益。當需要驅動低阻抗負載時，這特別有用。有必要增加電流水平，通常保持電壓不變。諸如雙極晶體管發射極跟隨器，FET源極跟隨器，具有100％反饋的運算放大器緩沖器之類的電路，為此使用電子管/閥門，為此使用的電路通常為陰極跟隨器。

電流增益，A一世=一世出一世在Current Gain, Ai=IoutIin

使用電路提供電流增益時，通常需要確保電路具有足夠的驅動能力。電路可能能夠為低電流水平提供電流增益水平，在某些情況下，它們可能無法提供某些情況下可能需要的高電流水平。舉一個非常明顯的例子，一個小的運算放大器緩沖器將無法獨自驅動一個大型揚聲器。

放大器功率增益和設計

在測試或設計放大器時，定義放大器提供的功率增益有時很有用。對于RF放大器，尤其是在發射機中使用的RF放大器，通常常常引起很大的興趣。

因為功率是電壓乘以電路中的電流，所以功率增益可以簡單地表示為兩者的乘積。

功率增益，Ap=一個v × 一個一世Power Gain, Ap=Av × Ai

指定放大器的功率增益時，通常用分貝表示：

功率增益，dB，ap = 10 日志（ 一個p）Power gain in dB, ap = 10log(Ap)

也可以使用電壓和電流電平來提供以dB表示的增益，但是必須考慮阻抗的任何變化。

注意分貝：

分貝，即貝爾的十分之一，是比較兩個功率水平的對數方式。由于電子產品中的許多數量差異很大，因此這種對數格式非常有用。

閱讀有關分貝的更多信息。

放大器效率

任何放大器的關鍵設計參數之一就是其效率。對于電池壽命很重要的電池電源設備，這尤其重要。

放大器的效率實質上是輸出功率除以輸入功率。通常，將輸入功率視為施加給放大器的DC電源。

效率也以百分比表示。這樣，僅在直流輸入端看的放大器的基本效率可取如下：

效率=信號功率輸出直流電源輸入? 100 ％Efficiency=Signal power outputDC power input?100%

放大器的效率水平取決于許多因素，包括放大器的類別，輸出信號延伸到導軌的距離，電路內的損耗等。

放大器類

在研究放大器的形式時，經常會看到對放大器類的參考，包括A類，B類，C類，AB類及其他。在設計放大器時，該類通常是一項會在設計周期的早期出現的項目。

通過改變放大器的偏置方式，可以改變其工作方式并提高效率水平，但通常以產生失真的代價為代價。

下面列出了一些主要的放大器類：

A類：   對于 A類放大器，會對其施加偏置，以便在整個波形周期內傳導。它提供具有最低失真的線性輸出，但其效率水平也最低。理論效率為50％，但很少達到此水平，并且20％或更低的效率水平也不意外。

B類：   對B類放大器施加偏置，使其傳導超過波形的一半。通過使用兩個放大器，每個放大器傳導一半的波形，就可以覆蓋整個信號。效率要高得多，但B類放大器會遭受交叉失真的困擾，該放大器的一半關閉，另一半開始工作。這是由于在關斷點附近發生的非線性引起的。盡管B類放大器的理論效率為78.5％，但典型的效率水平要低得多。

AB類：AB   類放大器介于A類和B類之間。它試圖通過稍微使處于靜態狀態的晶體管導通來克服交叉失真，以使它們導通的周期略大于一半，從而克服了交叉失真。

C類：C   類放大器經過偏置，因此其導通時間少于半個周期。這會導致非常高的失真度，但同時也可以實現非常高的效率等級。這種類型的放大器可用于不帶幅度調制信號的RF放大器-可以毫無問題地用于頻率調制。有效地在飽和狀態下運行的放大器產生的諧波可以通過輸出上的濾波器消除?？紤]到失真程度，這些放大器不用于音頻應用。

還有其他放大器類別，但是它們采用了一些稍有不同的技術。