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【模拟电子】从放大器说起(一):放大器的基本形态(ZT)

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在序章中我们讲到,放大器是一种非常有代表性的模拟电路,那么到底什么叫做放大器呢?首先放大器在系统当中可以看作一个“输入->黑盒->输出”的模型。在广义上,输入和输出可以是各种不同类型的,其中还可以包含物理量转变的过程。在狭义上,放大器是对相同的物理量进行“放大”,因为只有物理量的量纲相同才能有数值上的倍数关系。


例如,我们常见的麦克风电路,就是将声音信号转变为电信号,然后将电信号的功率放大输出到信号采集设备当中。因此在这种情况下放大器的放大倍数单位(Gain)为dB/V,其中dB为声音的强度单位(在这里是有绝对大小的,在空气中0dB声参考声压为20uPa,这和电学中的相对单位dB有所区别),而V为电压单位。而在音频功率放大器中是将电信号转换为声音,放大倍数单位为V/dB。而将以上两个系统串联起来形成一个新的放大系统,这个系统的输入输出就都是声音信号,增益就可以表示为一个没有单位的常数,例如100。这个倍数100也可以表示为相对量20dB来表示。


在这里数次提到的dB这个单位,在声学和电学当中都有非常重要的意义,而且很多时候容易混淆。更加详细的说明会在《模拟电子——从放大器说起(番外)》中提到。


那么一个理想当中的放大器的基本特征是什么样的呢?


1. 不能对输入的前级信号产生影响,简而言之就是默默的接入了,这样就不需要因为引入放大器而对前级做任何的特殊处理。换句话说就是输入信号不需要向放大器提供任何能量。


2. 输出是不受到后级接入系统的影响的,也就是任尔东西南北风我自岿然不动的输出,这样的话就可以适应各种后级而不担心引入额外的问题。也就是放大器的能量输出能力为无限的。


3. 放大倍数(转换系数稳定),也就是说它的性能不会随着外部条件的变化例如温度,湿度,外部能量源(大部分时候为电源)等等的影响永远保持恒定。


4. 不受输入信号的幅度影响,如果一个放大器的放大倍数为10,那么对于输入信号是1,那么输出信号就应该为10,输入信号为10的时候,输出应该为100。无论输入什么值,输出总是这个值的10倍。


5. 输入信号带宽无限大,这是对于快速变化的信号而言的,指的是无论输入信号变化得多快放大器的输出都要立即跟上输入。


那么在现实当中,电子线路中是如何实现放大的呢?在有源电子元器件例如电子管和晶体管出现之前,我们已经可以利用变压器实现电压的转换。变压器可以根据两个绕组的匝数比来将输入的电压转换为N倍输出电压。但是因为是无源器件,因此输出端所有的能量都来自于输入端,与理想放大器的特征里面的第1条和第2条差距非常大。


而以电子管和晶体管为基础的有源放大电路将输出信号的能量来源与输入信号分开,使放大器的性能进一步向理想放大器接近。

結果