放大器设计基础

2020-08-31

放大器是一个术语，用(yòng)于描述增加输入信号强度的電(diàn)路。

从音频应用(yòng)到射频应用(yòng)，放大器的应用(yòng)领域广泛。

但是，对于所有(yǒu)放大器，无论是直流，音频，射频，小(xiǎo)信号，大信号还是任何其他(tā)应用(yòng)，都有(yǒu)许多(duō)共同的考虑因素。

電(diàn)子放大器可(kě)以以多(duō)种方式分(fēn)类。它们可(kě)以提供高输入阻抗，低输出阻抗，并且可(kě)以具有(yǒu)各种不同的偏置和工作模式。高功率，低噪声，A级，B级，C级等。选择每种类型以适合不同的应用(yòng)。

放大器電(diàn)路符号

普通放大器符号是三角形，在整體(tǐ)框图中，通常如下图所示在正方形内。

通常，放大器符号，尤其是在電(diàn)路内部使用(yòng)时，如下图所示。

第二个符号通常用(yòng)于表示電(diàn)路中的运算放大器或运算放大器。

放大器设计基础

放大器可(kě)以多(duō)种方式制造。他(tā)们可(kě)以使用(yòng)双极晶體(tǐ)管，场效应晶體(tǐ)管，甚至热電(diàn)子阀/真空管。放大器可(kě)以包括在某种形式的電(diàn)路块或集成電(diàn)路中。它们甚至可(kě)以采用(yòng)运算放大器，运算放大器的形式。

可(kě)以将放大器视為(wèi)具有(yǒu)两个输入端子和两个输出端子的模块。由于接地通常是输入和输出的公共端子，因此通常只有(yǒu)三个端子：输入，输出和公共端子。

放大器增益，输入和输出電(diàn)阻注意：尽管输入和输出
的“冷”端通常已接地，但在此处已分(fēn)别显示，因為(wèi)这是通用(yòng)图

放大器具有(yǒu)三个主要属性：

输入電(diàn)阻-R in：   输入電(diàn)阻是信号源应用(yòng)于放大器的输入时所看到的電(diàn)阻。输入電(diàn)阻将成為(wèi)電(diàn)源的负载。负载是纯電(diàn)阻的情况是一种特殊情况，更通常的情况是阻抗。但是，出于解释目的，将其视為(wèi)電(diàn)阻性的。
通过测量输入電(diàn)流和電(diàn)压，并使用(yòng)欧姆定律确定電(diàn)阻，可(kě)以轻松确定输入電(diàn)阻

输出電(diàn)阻-R out   输出電(diàn)阻是可(kě)以认為(wèi)在放大器内的電(diàn)阻，如下所示。它将与施加到放大器的任何负载形成一个分(fēn)压器网络。同样，输出将具有(yǒu)指示性的ad電(diàn)容性元件，这意味着它将是一个阻抗，但是对于大多(duō)数低频应用(yòng)而言，对于此解释，可(kě)以将其视為(wèi)電(diàn)阻性的。
输出電(diàn)阻可(kě)以通过先在无负载条件下测量输出電(diàn)压，然后再在有(yǒu)负载条件下测量负载電(diàn)压来确定。知道开路電(diàn)压和负载電(diàn)阻以及负载下内部電(diàn)阻两端的压降，就可(kě)以确定源输出電(diàn)阻。

增益：   放大器的增益显然是其性能(néng)的关键因素。

放大器的電(diàn)压增益通常，電(diàn)压增益A V是关注的关键因素。定义為(wèi)输出電(diàn)压除以输入電(diàn)压：

電(diàn)压增益，Av=V出V在Voltage Gain, Av=VoutVin

通常，在放大器中，波形可(kě)能(néng)会反转，这由增益為(wèi)负的事实表示。换句话说，如果放大器的绝对增益值為(wèi)5，但对信号进行了反相，则对于1伏输入，输出将為(wèi)-5伏，当输入方程式时，增益為(wèi)-5 。
放大器输出電(diàn)压反转，即与输入异相180°在電(diàn)路内也可(kě)以具有(yǒu)電(diàn)流增益。当需要驱动低阻抗负载时，这特别有(yǒu)用(yòng)。有(yǒu)必要增加電(diàn)流水平，通常保持電(diàn)压不变。诸如双极晶體(tǐ)管发射极跟随器，FET源极跟随器，具有(yǒu)100％反馈的运算放大器缓冲器之类的電(diàn)路，為(wèi)此使用(yòng)電(diàn)子管/阀门，為(wèi)此使用(yòng)的電(diàn)路通常為(wèi)阴极跟随器。

電(diàn)流增益，A一世=一世出一世在Current Gain, Ai=IoutIin

使用(yòng)電(diàn)路提供電(diàn)流增益时，通常需要确保電(diàn)路具有(yǒu)足够的驱动能(néng)力。電(diàn)路可(kě)能(néng)能(néng)够為(wèi)低電(diàn)流水平提供電(diàn)流增益水平，在某些情况下，它们可(kě)能(néng)无法提供某些情况下可(kě)能(néng)需要的高電(diàn)流水平。举一个非常明显的例子，一个小(xiǎo)的运算放大器缓冲器将无法独自驱动一个大型扬声器。

放大器功率增益和设计

在测试或设计放大器时，定义放大器提供的功率增益有(yǒu)时很(hěn)有(yǒu)用(yòng)。对于RF放大器，尤其是在发射机中使用(yòng)的RF放大器，通常常常引起很(hěn)大的兴趣。

因為(wèi)功率是電(diàn)压乘以電(diàn)路中的電(diàn)流，所以功率增益可(kě)以简单地表示為(wèi)两者的乘积。

功率增益，Ap=一个v × 一个一世Power Gain, Ap=Av × Ai

指定放大器的功率增益时，通常用(yòng)分(fēn)贝表示：

功率增益，dB，ap = 10 日志(zhì)（ 一个p）Power gain in dB, ap = 10log(Ap)

也可(kě)以使用(yòng)電(diàn)压和電(diàn)流電(diàn)平来提供以dB表示的增益，但是必须考虑阻抗的任何变化。

注意分(fēn)贝：

分(fēn)贝，即贝尔的十分(fēn)之一，是比较两个功率水平的对数方式。由于電(diàn)子产品中的许多(duō)数量差异很(hěn)大，因此这种对数格式非常有(yǒu)用(yòng)。

阅读有(yǒu)关分(fēn)贝的更多(duō)信息。

放大器效率

任何放大器的关键设计参数之一就是其效率。对于電(diàn)池寿命很(hěn)重要的電(diàn)池電(diàn)源设备，这尤其重要。

放大器的效率实质上是输出功率除以输入功率。通常，将输入功率视為(wèi)施加给放大器的DC電(diàn)源。

效率也以百分(fēn)比表示。这样，仅在直流输入端看的放大器的基本效率可(kě)取如下：

效率=信号功率输出直流電(diàn)源输入⋅ 100 ％Efficiency=Signal power outputDC power input⋅100%

放大器的效率水平取决于许多(duō)因素，包括放大器的类别，输出信号延伸到导轨的距离，電(diàn)路内的损耗等。

放大器类

在研究放大器的形式时，经常会看到对放大器类的参考，包括A类，B类，C类，AB类及其他(tā)。在设计放大器时，该类通常是一项会在设计周期的早期出现的项目。

通过改变放大器的偏置方式，可(kě)以改变其工作方式并提高效率水平，但通常以产生失真的代价為(wèi)代价。

下面列出了一些主要的放大器类：

A类：   对于 A类放大器，会对其施加偏置，以便在整个波形周期内传导。它提供具有(yǒu)最低失真的線(xiàn)性输出，但其效率水平也最低。理(lǐ)论效率為(wèi)50％，但很(hěn)少达到此水平，并且20％或更低的效率水平也不意外。

B类：   对B类放大器施加偏置，使其传导超过波形的一半。通过使用(yòng)两个放大器，每个放大器传导一半的波形，就可(kě)以覆盖整个信号。效率要高得多(duō)，但B类放大器会遭受交叉失真的困扰，该放大器的一半关闭，另一半开始工作。这是由于在关断点附近发生的非線(xiàn)性引起的。尽管B类放大器的理(lǐ)论效率為(wèi)78.5％，但典型的效率水平要低得多(duō)。

AB类：AB   类放大器介于A类和B类之间。它试图通过稍微使处于静态状态的晶體(tǐ)管导通来克服交叉失真，以使它们导通的周期略大于一半，从而克服了交叉失真。

C类：C   类放大器经过偏置，因此其导通时间少于半个周期。这会导致非常高的失真度，但同时也可(kě)以实现非常高的效率等级。这种类型的放大器可(kě)用(yòng)于不带幅度调制信号的RF放大器-可(kě)以毫无问题地用(yòng)于频率调制。有(yǒu)效地在饱和状态下运行的放大器产生的谐波可(kě)以通过输出上的滤波器消除。考虑到失真程度，这些放大器不用(yòng)于音频应用(yòng)。

还有(yǒu)其他(tā)放大器类别，但是它们采用(yòng)了一些稍有(yǒu)不同的技术。