放大器
放大器（英語：amplifier）或電子放大器（electronic amplifier）是一種可以增加訊號（隨時間變化的電壓或電流）功率的電子設備。它是一種雙埠電子電路，使用來自電源供應器的電力來增加施加到其輸入端訊號的振幅（電壓或電流的幅度），從而在其輸出端產生成比例的更大振幅訊號。放大器提供的放大量由其增益衡量，亦即輸出電壓、電流或功率與輸入的比率。放大器是一種功率增益大於1的電路。[2][3][4]
放大器的基本特性[編輯]
大多數放大器的特性可以由一系列的參數來描述。
增益[編輯]
增益是指放大器能在多大程度上增大訊號的幅值。該參數常用分貝（dB）來度量。用數學語言來說，增益等於輸出幅值除以輸入幅值。（對功率放大器而言，用分貝表示的增益可以由此關係式計算：G(dB)=10log(Pout/Pin)(Electrical)）。
理想頻率特性[編輯]
放大器對於不同的頻率有不同的轉換倍率，一個放大器會有最佳的放大波段，即聽音樂時調整的EQ.
輸出動態範圍[編輯]
輸出動態範圍，常用dB為單位給出，是指最大與最小有用輸出幅值之間的範圍。因為最低的有用幅值受限於輸出雜訊，所以稱之為放大器的動態範圍。
帶寬與上升時間[編輯]
放大器的帶寬（BW）常定義為低頻與高頻半功率點之間的差值。因而也就是常說的-3dB BW。有時也定義在其它的響應容差下的帶寬（-1dB，－6dB等等。）。舉例來說，一個好的音頻放大器的－3dB帶寬將在二十赫茲到兩萬赫茲左右（正常人的聽覺頻率範圍）。
放大器的上升時間是指當階躍訊號輸入時，輸出端由其最終輸出幅度值10%變化到90%時所用的時間。對於高斯響應系統（或一個簡單的RC振盪迴路），上升時間大約可以表達為：
- ,其中BW的單位是Hz，Tr的單位是秒。
建立時間與失調[編輯]
是指輸出幅值建立於最終幅值的某個比值（比如0.1%）以內時所花的時間。
壓擺率[編輯]
壓擺率是指輸出電壓變量的變化率，常定義為伏特/每秒（或微秒）。
雜訊係數[編輯]
是對在放大過程中引入雜訊多少的一個量度。雜訊是電學元件和元件中不受歡迎卻無法避免的。雜訊由放大器零輸入時輸出的分貝或輸出電壓峰值來度量。也可由輸入訊號和輸出訊號的信噪比差值確定，輸出訊號信噪比惡化了多少dB，則該放大器的雜訊係數就是多少dB。
效率[編輯]
效率用來量度多少輸入能量是應用於放大器輸出的。甲類（A類）放大器效率十分低下，約在10-20%之間，最大不超過25%。現代甲乙類（AB類）放大器一般效率都在35-55%之間，理論值可達78.5%。有報導說商用的丁類（D類）放大器的效率可高達97%。放大器的效率限制了總功耗中有用部分所占的比例。注意，效率越高的放大器散熱量越小，通常在幾個瓦特的設計中也無需風扇。
線性度[編輯]
理想放大器應當是完全線性元件，但是實際的放大器僅在某些實際限制下是線性的，其他情況下均會出現失真。當驅動放大器的訊號增大後，輸出也隨之增大，直到達到某個電壓值，使得放大器的某部分達到飽和從而不能再增大輸出了，稱之為「截止失真」（削頂失真、削峰失真）。同樣的，存在著「飽和失真」（削底失真）。失真的原因與電晶體的特性以及靜態工作點的選擇密切相關。
有些放大器在設計中通過某種可控途徑來解決這個問題，即以犧牲增益為代價換取較小的失真。其結果是一種補償效應，即（如果放大器是音頻放大器的話）大大減少聽起來不悅耳的聲音。對於這些放大器，其增益比小訊號時小1dB時的輸入功率（或輸出功率）定義為1dB補償點。
線性度是一個關鍵的問題，目前有很多技術來避免非線性帶來的影響，比如前饋、預矯正、後矯正、包跡抑制還原（波包消除重建）、用非線性元件實現線性放大（LINC）、CALLUM、Cartesian回饋等。
放大器電路[編輯]
對於不同的應用，電子放大器有很多種類。
最普通的一類放大器就是電子放大器，常應用於廣播和電視發射台及接收器，高傳真（hi-fi）立體聲裝置，微型計算機和其它電子數位裝置，以及其他儀表放大器。它最關鍵的元件是主動元件，比如真空管或電晶體。
功率放大器[編輯]
放大器常依據通過放大元件的輸入訊號（正弦波）的導通角（有時也稱為angle of flow）來分類;詳見功率放大器類型。
真空管放大器[編輯]
真空管放大器是使用真空管作為主動元件的電子放大器。真空管放大器可以放大訊號的幅度或功率。現今，中低功率、工作頻率低於微波的真空管放大器已經廣泛地被電晶體放大器於1960-1970年代取代。真空管放大器現在被用于吉他愛好者的吉他音箱、音響發燒友的立體聲放大器、衛星通訊以及雷達等軍事用途與大功率高頻無線電發射（如無線廣播、無線電視的發射）。
電晶體放大器[編輯]
此主動元件的基本角色就是放大輸入訊號，產生一個顯著的放大訊號。放大的倍率（順向增益）是由主動元件和外部電路所共同決定的。在電晶體放大器裡常用的主動元件是雙極性電晶體（BJT）和金氧半場效應電晶體（MOSFET）。應用非常多樣化，常見的如家用音響的聲音放大器、半導體設備的高功率射頻訊號發射機、射頻或微波訊號的無線電收發機。
運算放大器[編輯]
運算放大器通常在類比輸入上運作是一種積體電路式放大器，主要由外部的回授來決定其轉移函數或增益。
影像放大器[編輯]
本類放大器處理頻寬高於5MHz的影像訊號。為了呈現可接受的電視畫面，對於步階響應和Overshoot的要求也是必要的。設計一個高頻影像放大器是件很困難的工作。
示波器垂直放大器[編輯]
用於放大示波器映像管的影像訊號，頻寬大約可達500MHz。對於步階響應、上升時間、overshoot和變形的規格要求，使得設計此種放大器是極端困難的
分散式放大器[編輯]
微波放大器[編輯]
行波管（TWT）放大器應用於微波頻段中較低頻的高功率放大。此類放大器通常能使用於很寬的頻率範圍，但相對的，TWT並不像Klystrons能夠調整。
音頻放大器[編輯]
音頻放大器通常用於放大音樂或說話的訊號。
其他類型放大器[編輯]
碳膜麥克風[編輯]
磁放大器[編輯]
磁放大器，是用具有非線性特性的鐵磁材料製成鐵心，並用直流和交流電流使其磁化以進行電量變換的電器。磁放大器主要用於電氣自動控制系統中，如電機的調速、調壓等。
光學放大器[編輯]
通過受激輻射過程放大光的元件。比如用於光纖通訊網絡中的摻鉺光纖放大器（EDFA，Erbium doped fiber amplifier）。
雜項類型[編輯]
參見[編輯]
參考資料[編輯]
- ^ HiFi-Wiki webpage with facsimile of data sheet
- ^ Crecraft, David; Gorham, David. Electronics, 2nd Ed.. CRC Press. 2003: 168. ISBN 978-0748770366.
- ^ Agarwal, Anant; Lang, Jeffrey. Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits. Morgan Kaufmann. 2005: 331. ISBN 978-0080506814.
- ^ Glisson, Tildon H. Introduction to Circuit Analysis and Design. Springer Science and Business Media. 2011. ISBN 978-9048194438.
外部連結[編輯]
- Audio Valve Amplifier Kit Build （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） See a high quality hi-fi amplifier being built from a kit.
- SatSleuth Circuits Large database of amplifier schematics.
- 60 Watt RF Amplifier Solid state RF power amplifier using IRF840. Simple and easy to construct. IRF840 can handle a maximum power output of 125 watts.
- The Audio Circuit （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）—Information on and user reviews of loudspeakers, headphones, amplifiers, and playback equipment.
- Car Audio （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）—Talk about Car Audio amplifiers and other mobile electronics.
- NPN電晶體共發射極放大器Java類比 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）