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技術(shù)專(zhuān)題
放大器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
放大器是一個(gè)術(shù)語(yǔ)，用于描述增加輸入信號(hào)強(qiáng)度的電路。
從音頻應(yīng)用到射頻應(yīng)用，放大器的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
但是，對(duì)于所有放大器，無(wú)論是直流，音頻，射頻，小信號(hào)，大信號(hào)還是任何其他應(yīng)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(lèi)。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(jí)，B級(jí)，C級(jí)等。選擇每種類(lèi)型以適合不同的應(yīng)用。
放大器電路符號(hào)
普通放大器符號(hào)是三角形，在整體框圖中，通常如下圖所示在正方形內(nèi)。
通常，放大器符號(hào)，尤其是在電路內(nèi)部使用時(shí)，如下圖所示。
第二個(gè)符號(hào)通常用于表示電路中的運(yùn)算放大器或運(yùn)算放大器。
放大器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
放大器可以多種方式制造。他們可以使用雙極晶體管，場(chǎng)效應(yīng)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(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的形式。
可以將放大器視為具有兩個(gè)輸入端子和兩個(gè)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(gè)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?yàn)檫@是通用圖
放大器具有三個(gè)主要屬性：
輸入電阻-R in： 輸入電阻是信號(hào)源應(yīng)用于放大器的輸入時(shí)所看到的電阻。輸入電阻將成為電源的負(fù)載。負(fù)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(guò)測(cè)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(rèn)為在放大器內(nèi)的電阻，如下所示。它將與施加到放大器的任何負(fù)載形成一個(gè)分壓器網(wǎng)絡(luò)。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(gè)阻抗，但是對(duì)于大多數(shù)低頻應(yīng)用而言，對(duì)于此解釋?zhuān)梢詫⑵湟暈殡娮栊缘摹?span>
輸出電阻可以通過(guò)先在無(wú)負(fù)載條件下測(cè)量輸出電壓，然后再在有負(fù)載條件下測(cè)量負(fù)載電壓來(lái)確定。知道開(kāi)路電壓和負(fù)載電阻以及負(fù)載下內(nèi)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(guān)鍵因素。
放大器的電壓增益通常，電壓增益A V是關(guān)注的關(guān)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(huì)反轉(zhuǎn)，這由增益為負(fù)的事實(shí)表示。換句話說(shuō)，如果放大器的絕對(duì)增益值為5，但對(duì)信號(hào)進(jìn)行了反相，則對(duì)于1伏輸入，輸出將為-5伏，當(dāng)輸入方程式時(shí)，增益為-5 。
放大器輸出電壓反轉(zhuǎn)，即與輸入異相180°在電路內(nèi)也可以具有電流增益。當(dāng)需要驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載時(shí)，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(fā)射極跟隨器，FET源極跟隨器，具有100％反饋的運(yùn)算放大器緩沖器之類(lèi)的電路，為此使用電子管/閥門(mén)，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(shí)，通常需要確保電路具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。電路可能能夠?yàn)榈碗娏魉教峁╇娏髟鲆嫠剑谀承┣闆r下，它們可能無(wú)法提供某些情況下可能需要的高電流水平。舉一個(gè)非常明顯的例子，一個(gè)小的運(yùn)算放大器緩沖器將無(wú)法獨(dú)自驅(qū)動(dòng)一個(gè)大型揚(yáng)聲器。
放大器功率增益和設(shè)計(jì)
在測(cè)試或設(shè)計(jì)放大器時(shí)，定義放大器提供的功率增益有時(shí)很有用。對(duì)于RF放大器，尤其是在發(fā)射機(jī)中使用的RF放大器，通常常常引起很大的興趣。
因?yàn)楣β适请妷撼艘噪娐分械碾娏鳎怨β试鲆婵梢院?jiǎn)單地表示為兩者的乘積。
功率增益，Ap=一個(gè)v × 一個(gè)一世Power Gain, Ap=Av × Ai
指定放大器的功率增益時(shí)，通常用分貝表示：
功率增益，dB，ap = 10 日志（ 一個(gè)p）Power gain in dB, ap = 10log(Ap)
也可以使用電壓和電流電平來(lái)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(gè)功率水平的對(duì)數(shù)方式。由于電子產(chǎn)品中的許多數(shù)量差異很大，因此這種對(duì)數(shù)格式非常有用。
閱讀有關(guān)分貝的更多信息。
放大器效率
任何放大器的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)之一就是其效率。對(duì)于電池壽命很重要的電池電源設(shè)備，這尤其重要。
放大器的效率實(shí)質(zhì)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(hào)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(lèi)別，輸出信號(hào)延伸到導(dǎo)軌的距離，電路內(nèi)的損耗等。
放大器類(lèi)
在研究放大器的形式時(shí)，經(jīng)常會(huì)看到對(duì)放大器類(lèi)的參考，包括A類(lèi)，B類(lèi)，C類(lèi)，AB類(lèi)及其他。在設(shè)計(jì)放大器時(shí)，該類(lèi)通常是一項(xiàng)會(huì)在設(shè)計(jì)周期的早期出現(xiàn)的項(xiàng)目。
通過(guò)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(chǎn)生失真的代價(jià)為代價(jià)。
下面列出了一些主要的放大器類(lèi)：
A類(lèi)： 對(duì)于 A類(lèi)放大器，會(huì)對(duì)其施加偏置，以便在整個(gè)波形周期內(nèi)傳導(dǎo)。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(dá)到此水平，并且20％或更低的效率水平也不意外。
B類(lèi)： 對(duì)B類(lèi)放大器施加偏置，使其傳導(dǎo)超過(guò)波形的一半。通過(guò)使用兩個(gè)放大器，每個(gè)放大器傳導(dǎo)一半的波形，就可以覆蓋整個(gè)信號(hào)。效率要高得多，但B類(lèi)放大器會(huì)遭受交叉失真的困擾，該放大器的一半關(guān)閉，另一半開(kāi)始工作。這是由于在關(guān)斷點(diǎn)附近發(fā)生的非線性引起的。盡管B類(lèi)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(lèi)：AB 類(lèi)放大器介于A類(lèi)和B類(lèi)之間。它試圖通過(guò)稍微使處于靜態(tài)狀態(tài)的晶體管導(dǎo)通來(lái)克服交叉失真，以使它們導(dǎo)通的周期略大于一半，從而克服了交叉失真。
C類(lèi)：C 類(lèi)放大器經(jīng)過(guò)偏置，因此其導(dǎo)通時(shí)間少于半個(gè)周期。這會(huì)導(dǎo)致非常高的失真度，但同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)非常高的效率等級(jí)。這種類(lèi)型的放大器可用于不帶幅度調(diào)制信號(hào)的RF放大器-可以毫無(wú)問(wèn)題地用于頻率調(diào)制。有效地在飽和狀態(tài)下運(yùn)行的放大器產(chǎn)生的諧波可以通過(guò)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(yīng)用。
還有其他放大器類(lèi)別，但是它們采用了一些稍有不同的技術(shù)。