放大器電路

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一組放大器電路实例

放大器電路,或稱放大電路,能增加訊號的輸出功率。它透過電源取得能量來源,以控制輸出訊號的波形與輸入訊號一致,但具有較大的振幅。依此來講,放大器電路亦可視為可調節的輸出電源。

放大器类型[编辑]

放大器可以依据它们的输入与输出属性区分规格。[1] 依其增益(即输出信号和输入信号之间的比例系数)的种类,可区分为电压增益voltage gain)、电流增益(current gain)、功率增益power gain),或是其他的单位。例如,一個互导放大器transconductance amplifier)的增益单位是电导(输出电流除以输入电壓)。在多数情况,输入和输出为相同的单位,增益无需标示出单位(除了在強調是電壓放大或電流放大的情形下),實際上經常以db(decibels)標示。

放大器的分类和系统[编辑]

在放大器设计上有许多不同的分类选项,电路的目的与导通角的设计相关。 放大器设计总是有许多妥协的因素,例如成本花费、功率消耗、现实世界的设备缺失与许多的效能规格。 下面是几个依不同的方法的分类:

输入与输出信号[编辑]

四種類型的相依電源,左邊是控制訊號,右邊是輸出訊號。

放大器電路使用兩種訊號種類:電流和電壓。作為輸入、輸出,導致4種類型的放大器。在理想的情況,他們代表的四種類型在線性分析的相依電源,如圖:

輸入 輸出 相依電源 放大器類型
I I CCCS(電流控制電流源)
current controlled current source
電流放大器
I V CCVS(電流控制電壓源)
current controlled voltage source
轉阻放大器
V I VCCS(電壓控制電流源)
voltage controlled current source
轉導放大器
V V VCVS(電壓控制電壓源)
voltage controlled voltage source
電壓放大器

每種類型的放大器,在理想情況下,各相依電源具有與下表相同的輸入和輸出阻抗:[2]

放大器類型 相依電源 輸入阻抗 輸出阻抗
電流 CCCS 0
轉阻 CCVS 0 0
轉導 VCCS
電壓 VCVS 0

在實際上,理想的阻抗只是近似。任何特定電路,小信號分析,往往是用來尋找實際的阻抗。小信號交流測試電流Ix是被用於輸入或輸出節點,所有外部電源設成AC為零,而相應的交流電壓Vx ,阻抗決定於整個測試電流於該節點為:R = Vx / Ix


共用端[编辑]

在放大器電路之中,負責處理放大的電子元件會有一個接腳是輸入端與輸出端的電路所共用使用的。

Unilateral or bilateral[编辑]

反相與非反相[编辑]

功能[编辑]

放大器可以用其功能或輸出特性做分類。 這些功能的描述,通常適用於完整的放大器系統,或子系統,很少去個別的區分。

耦合方式[编辑]

頻率範圍[编辑]

負載種類[编辑]

使用歷史及演化[编辑]

放大器電路在不同時期在電子領域中有扮演著不同的角色:

  • 放大器電路被首次用於中繼傳播設施。例如在舊式電話線路中:用弱電流控制外呼線路的電源電壓。
  • 用於音頻廣播。范信達(Reginald Fessenden)在1906年12月24日,首次把碳粒式麥克風Carbon microphone)作為放大器,應用於調頻廣播傳送裝置中,把聲音調製成射頻源。[3]
  • 在20世紀60年代,晶體管開始淘汰。當時,一些大功率放大器或專業級的音頻應用(例如吉他放大器和高保真放大器)仍然會採用晶體管放大器電路。許多廣播發射站仍然使用真空管。
  • 20世紀70年代開始,越來越多的晶體管被連接到一塊芯片上來製作集成電路。如今大量商業上通行的放大器都是基於集成電路的。

功率放大器類型[编辑]

A類[编辑]

A類放大器

當對效率要求不高的時候,大多數小信號線性放大器會設計成甲類(A類),即輸出級元件總是處於導通區。甲類(A類)放大器一般比其它類型線性度更好,也較為簡單,但效率非常低。這類放大器最常用於小信號級或低功率(例如驅動耳機)應用中。

A類放大器的缺點是輸出效率很低,理論值不超過百分之五十。以驅動耳機為例,在一般情況下,音量越小,耗電越多,當機子在沒有信號輸入時,電流以最大的額度流動,所以在待機沒聽音樂時,卻是用電最快的時候;即使在聽音樂時,所用的電也有 50% 以熱量形式消耗掉。所以,一台A類放大器的用電量,絕不亞於一台冷氣機,而此 50% 的消耗熱能,則是讓真空管逐漸老化的原因。同時因為發熱量太大,所有零件長期工作於大電流、高溫下,容易引起穩定度和壽命方面的問題,假如是純A類真空管綜合擴大機,還有管子壽命及日後更換等問題。

B與AB類[编辑]

B類放大器

在乙類(B類)中,有兩個(組)輸出器件分別放大正負半週,每一個都精確地在輸入信號的180度(或半周期)時交互導通。

B類推挽式放大器

甲乙類(AB類)放大器在甲類(A類)與乙類(B類)的一種折衷,它改善了小信號輸出的線性度;導通角在180度以上,具體值由設計者決定。由於他們有較高的效率,通常用於低頻放大器(如音頻和hi-fi)中。或者也用於其它線性度和效率都很重要的設計(手機,蜂窩發射塔,電視發射台)。

C類[编辑]

C類放大器

常稱為高功率射頻(RF)放大器。丙類(C類)設計成在輸入信號不足180°時導通。線性度不好,但是對於單個頻率功率放大器來說這並不重要。信號由調諧電路還原為近似正弦形狀,同時效率比甲類(A類)、甲乙類(AB類)或者乙類(B類)放大器都高很多。

D類[编辑]

Block diagram of a basic switching or PWM (Class-D) amplifier.

丁類(D類)放大器使用開關來達到很高的功耗效率(在現代設計中大於90%)。通過允許每個輸出器件完全導通或關斷,能量損失達到最小化。像脈衝寬度調製這類簡單方法有時還在使用;然而,高性能的開關放大器使用數字技術,比如∑-Δ調製,來達到更高的性能。早先由於有限的頻寬和相當大的失真,它們僅用於亞低音用擴音器。半導體器件的進展已經使開發高保真、全聲音頻帶丁類(D類)放大器的開展成為可能,使得它們的信噪比(S/N)和失真度與其它線性器件相近。

特殊類型[编辑]

E類[编辑]

E類放大器


G類與H類[编辑]

G類放大器
H類放大器


參見[编辑]

參考文獻[编辑]

  1. ^ Robert Boylestad and Louis Nashelsky. Electronic Devices and Circuit Theory, 7th Edition. Prentice Hall College Division. 1996. ISBN 978-0133757347. 
  2. ^ It is a curiosity to note that this table is a "Zwicky box"; in particular, it encompasses all possibilities. See en:Fritz Zwicky.
  3. ^ Lee, Thomas. The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits. New York, NY: Cambridge University Press. 2004. 8. ISBN 9780521835398. 

外部連結[编辑]