放大器设计基础

2020-08-31

放大器是一个术语，用于描述增加输入信号强度的电路。

从音频应用到射频应用，放大器的应用领域广泛。

但是，对于所有放大器，无论是直流，音频，射频，小信号，大信号还是任何其他应用，都有许多共同的考虑因素。

电子放大器可以以多种方式分类。它们可以提供高输入阻抗，低输出阻抗，并且可以具有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。

放大器电路符号

普通放大器符号是三角形，在整体框图中，通常如下图所示在正方形内。

通常，放大器符号，尤其是在电路内部使用时，如下图所示。

第二个符号通常用于表示电路中的运算放大器或运算放大器。

放大器设计基础

放大器可以多种方式制造。他们可以使用双极晶体管，场效应晶体管，甚至热电子阀/真空管。放大器可以包括在某种形式的电路块或集成电路中。它们甚至可以采用运算放大器，运算放大器的形式。

可以将放大器视为具有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，因此通常只有三个端子：输入，输出和公共端子。

放大器增益，输入和输出电阻注意：尽管输入和输出
的“冷”端通常已接地，但在此处已分别显示，因为这是通用图

放大器具有三个主要属性：

输入电阻-R in：   输入电阻是信号源应用于放大器的输入时所看到的电阻。输入电阻将成为电源的负载。负载是纯电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，将其视为电阻性的。
通过测量输入电流和电压，并使用欧姆定律确定电阻，可以轻松确定输入电阻

输出电阻-R out   输出电阻是可以认为在放大器内的电阻，如下所示。它将与施加到放大器的任何负载形成一个分压器网络。同样，输出将具有指示性的ad电容性元件，这意味着它将是一个阻抗，但是对于大多数低频应用而言，对于此解释，可以将其视为电阻性的。
输出电阻可以通过先在无负载条件下测量输出电压，然后再在有负载条件下测量负载电压来确定。知道开路电压和负载电阻以及负载下内部电阻两端的压降，就可以确定源输出电阻。

增益：   放大器的增益显然是其性能的关键因素。

放大器的电压增益通常，电压增益A V是关注的关键因素。定义为输出电压除以输入电压：

电压增益，Av=V出V在Voltage Gain, Av=VoutVin

通常，在放大器中，波形可能会反转，这由增益为负的事实表示。换句话说，如果放大器的绝对增益值为5，但对信号进行了反相，则对于1伏输入，输出将为-5伏，当输入方程式时，增益为-5 。
放大器输出电压反转，即与输入异相180°在电路内也可以具有电流增益。当需要驱动低阻抗负载时，这特别有用。有必要增加电流水平，通常保持电压不变。诸如双极晶体管发射极跟随器，FET源极跟随器，具有100％反馈的运算放大器缓冲器之类的电路，为此使用电子管/阀门，为此使用的电路通常为阴极跟随器。

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

使用电路提供电流增益时，通常需要确保电路具有足够的驱动能力。电路可能能够为低电流水平提供电流增益水平，在某些情况下，它们可能无法提供某些情况下可能需要的高电流水平。举一个非常明显的例子，一个小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时很有用。对于RF放大器，尤其是在发射机中使用的RF放大器，通常常常引起很大的兴趣。

因为功率是电压乘以电路中的电流，所以功率增益可以简单地表示为两者的乘积。

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，通常用分贝表示：

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

也可以使用电压和电流电平来提供以dB表示的增益，但是必须考虑阻抗的任何变化。

注意分贝：

分贝，即贝尔的十分之一，是比较两个功率水平的对数方式。由于电子产品中的许多数量差异很大，因此这种对数格式非常有用。

阅读有关分贝的更多信息。

放大器效率

任何放大器的关键设计参数之一就是其效率。对于电池寿命很重要的电池电源设备，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，将输入功率视为施加给放大器的DC电源。

效率也以百分比表示。这样，仅在直流输入端看的放大器的基本效率可取如下：

效率=信号功率输出直流电源输入⋅ 100 ％Efficiency=Signal power outputDC power input⋅100%

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

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。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为代价。

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。它提供具有最低失真的线性输出，但其效率水平也最低。理论效率为50％，但很少达到此水平，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。通过使用两个放大器，每个放大器传导一半的波形，就可以覆盖整个信号。效率要高得多，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线性引起的。尽管B类放大器的理论效率为78.5％，但典型的效率水平要低得多。

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体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，但同时也可以实现非常高的效率等级。这种类型的放大器可用于不带幅度调制信号的RF放大器-可以毫无问题地用于频率调制。有效地在饱和状态下运行的放大器产生的谐波可以通过输出上的滤波器消除。考虑到失真程度，这些放大器不用于音频应用。

还有其他放大器类别，但是它们采用了一些稍有不同的技术。