什么是放大電路

我們要設(shè)計(jì)一個(gè)放大電路，首先要明白什么是放大的概念。模擬信號(hào)的放大，傳感器輸出的電信號(hào)通常是很微弱的，這些微弱的電信號(hào)一般情況下既無法直接顯示，也很難作進(jìn)一步分析處理。對(duì)這些信號(hào)的處理離不開放大電路。

放大：指的是把輸入微弱的電信號(hào)的功率放大，你可以想象，評(píng)判一個(gè)東西行不行，或者說為什么無法處理，回到最根本是能量問題。只有把小功率的微弱電信號(hào)放大到一定功率，給予一定的能量，才能被使用。放大一般都是指線性放大，也就是說放大電路輸出信號(hào)中包含的信息與輸入信號(hào)完全相同，既不減少任何原有信息，也不增加任何新的信息，只改變信號(hào)的幅度或功率的大小(在時(shí)域或頻域觀察，信號(hào)任何一點(diǎn)的賦值都是按照相同的比例變化)。

比如，家用音響系統(tǒng)為例：

聲音給了話筒(傳感器)，將聲音轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)十分微弱，如果直接把這個(gè)電信號(hào)給到揚(yáng)聲器，基本什么都聽不到。經(jīng)過一個(gè)放大電路，可以把小功率信號(hào)放大，這樣就可以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器了。

放大電路的特征：功率的放大。

放大電路的本質(zhì)：能量的轉(zhuǎn)換(控制)，把外供電源的能量轉(zhuǎn)換為放大的信號(hào)。

放大電路的必要條件(核心元件)：需要有源元件(工作時(shí)需要電源)用小信號(hào)的輸入控制大信號(hào)的輸出。這個(gè)大信號(hào)的能量是由外加電源給的。比如BJT中體現(xiàn)的是iB對(duì)iC的控制，在MOSFET中體現(xiàn)的是uGS對(duì)iD的控制。

放大電路的前提：不失真。

放大電路的測試信號(hào)：正弦波，思考下，為什么是正弦波?因?yàn)檫@種待放大的電信號(hào)都是可以由不同頻率的正弦波疊加(信號(hào)與系統(tǒng))。

怎么構(gòu)建一個(gè)基本放大電路

目標(biāo)：小功率信號(hào) 轉(zhuǎn)為 大功率信號(hào);

條件：有源元件(提供控制)，電源(提供能量);

技術(shù)路線：

有源元件(三極管)需要工作在放大狀態(tài)下(實(shí)現(xiàn)iB控制iC);

小信號(hào)(輸入信號(hào))利用uBE 控制iB;

合理的輸出(把放大信號(hào)取出去);

設(shè)計(jì)圖

vs如果直接加到be之間，這個(gè)想到什么?前面提到的交流信號(hào)加在二極管上的效果是一樣的，PN結(jié)不能導(dǎo)通，需要騎在一個(gè)直流源上，加入VBB。

Rb的作用呢?限流作用。

Rc的作用呢?VCC加入時(shí)，集電結(jié)是反偏的，無需限流，那么RC起什么作用呢?RC的作用是把變化的電流iC轉(zhuǎn)為隨其變化的電壓：

如下圖：問題就是沒有設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。

有沒有什么要改進(jìn)的呢?很明顯前面有兩個(gè)直流源，過于繁瑣，可不可以共用呢?

如果設(shè)計(jì)電阻RC兩端的電壓低于電阻Rb兩端的電壓，那么，是不是b極電位是不是也會(huì)低于c極電位?那不就是集電結(jié)反偏嗎?

上圖中，這樣接法能起作用嗎?三極管的發(fā)射結(jié)能導(dǎo)通嗎?uBE還是等于V2啊，顯然三極管不能導(dǎo)通(沒有設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn))。那么如何改進(jìn)呢?

根據(jù)疊加原理，現(xiàn)在uBE的電位是不是兩個(gè)電源的疊加呢?這樣不就把直流加進(jìn)入了嘛，這種電路一般稱為直接耦合共射放大電路。

直接耦合的特點(diǎn)：沒有濾波，直接傳遞，有兩個(gè)情況我們要想到：1. 輸入電阻Rb1上存在阻抗，信號(hào)被削弱了;2. 輸出信號(hào)里面是存在直流分量的，它不是純交流的。

如何解決上述兩個(gè)問題呢，要純交流信號(hào)呢?

上述電路稱為阻容耦合共射放大電路，利用電容的通交流阻直流的特點(diǎn)。電容一般采用容量比較大，所以一般采用電解電容，使用時(shí)要注意正負(fù)極。

工作原理

無輸入信號(hào)(ui=0)(類似你音響打開了，卻不說話)，讓三極管工作在放大狀態(tài)

加入直流源UCC，首先C1，C2斷路，uo=0

管子已經(jīng)開啟了，肯定存在一個(gè)uBE=UBE，根據(jù)輸入特性曲線，肯定有直流電壓IB，再根據(jù)輸出特性曲線，肯定有一個(gè)放大的直流電壓IC，也有一個(gè)電壓UCE。

有輸入信號(hào)(類似你現(xiàn)在開始說話了)

加入輸入信號(hào)ui，ui的變化引起了uBE的變化，根據(jù)輸入特性曲線，uBE的變化引起了iB的變化，根據(jù)輸出特性曲線，變化的iB產(chǎn)生變化的iC，從而引起uCE的變化：

?

再經(jīng)過C2去掉直流分量，得到uo。

放大電路的性能指標(biāo)

等效示意圖(根據(jù)戴維南定理)

等效輸入電阻Ri

對(duì)于后面的放大電路來說，前端的信號(hào)源可以看作是一個(gè)電壓源與一個(gè)電阻串聯(lián)(或者電流源與電阻并聯(lián));

對(duì)于前端的信號(hào)源來說，后面整個(gè)放大電路可以看作為電阻，用Ri表示。Ri決定了信號(hào)源給予放大電路多大的信號(hào)。如果信號(hào)源是一個(gè)電壓型信號(hào)，這個(gè)信號(hào)由信號(hào)源的電阻Rs與Ri分壓：

?

此時(shí)，Ri越大越好。還可以從另外一個(gè)方面，前級(jí)的Us是一個(gè)理想源，但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)，我們要考慮Us的功耗，不能讓其失真，這種情況也要把Ri變大，這樣保證相同的Ui下Us的功耗就小。

等效輸出電阻Ro

同上，對(duì)于輸出負(fù)載RL來說，前面的放大電路就是一個(gè)大的信號(hào)源，可以等效成一個(gè)電源跟一個(gè)電阻相連的形式(電壓源與電阻串聯(lián)，電流源與電阻并聯(lián))。

如果我們想前端電路近似一個(gè)電壓源，即io變化時(shí)，uo變化小，此時(shí)Ro越小越好。

如果想前端電路近似一個(gè)電流源，即uo變化時(shí)，io的變化小，此時(shí)Ro越大越好。

放大倍數(shù)

A u u ˙ \dot{A_{uu}}

通頻帶(頻率響應(yīng))

放大電路的頻率指標(biāo)

對(duì)于阻容耦合中有電容，以及三極管中有極間電容，各容抗都跟頻率有關(guān)。

非線性失真

最大不失真輸出電壓

最大輸出功率與效率