各类型放大器的工作原理与使用方法图片，各类型放大器的工作原理与使用方法

很多朋友对各类型放大器的工作原理与使用方法图片，各类型放大器的工作原理与使用方法不是很了解，六月小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

什么是放大器？放大器是一个通用术语，用来描述产生和增加输入信号版本的电路。但并不是所有的放大器电路都是一样的，因为是按照电路配置和工作模式来分类的。在“电子学”中，小信号放大器是常用的器件，因为它能将相对较小的输入信号(例如来自传感器(如光电器件))放大成较大的输出信号，以驱动继电器、灯或扬声器。

从运算放大器和小信号放大器到大信号和功率放大器，有许多形式的电子电路被归类为放大器。放大器的分类取决于信号的大小、其物理配置以及它如何处理输入信号，即输入信号与负载中流动的电流之间的关系。下图显示了放大器的一些分类。放大器类型分类图

放大器可以看作是一个简单的盒子或方块，里面装有放大设备，如双极晶体管、场效应晶体管或运算放大器。它有两个输入和两个输出(接地)，输出信号比输入信号大得多，因为它已经被“放大”了。理想的信号放大器有三个主要特性：输入电阻、输出电阻和增益放大。无论放大器电路有多复杂，一般的放大器模型仍然可以用来表示这三个属性之间的关系。理想放大器模型

理想放大器模型图输入输出信号的放大差值称为放大器的增益。增益基本上是衡量放大器“放大”输入信号的程度。例如，如果输入信号为1V，输出信号为50V，则放大器的增益为“50”。换句话说，输入信号增加了50倍。这种增加叫做增益。

放大器增益就是输出除以输入的比值。增益没有单位作为它的比值，但在电子学中，它通常被赋予符号“A”，这意味着放大。那么放大器的增益可以简单地计算为“输出信号除以输入信号”。放大器增益

放大器增益的引入可以说是输出端测得的信号和输入端测得的信号之间的关系。可以测量三种不同类型的放大器增益，即：电压增益(Av)、电流增益(Ai)和功率增益(Ap)。根据测量的数量，下面给出了这些不同类型增益的例子。输入信号放大器增益输入信号放大器增益电压放大器增益放大器增益公式电流放大器增益电流放大器增益公式。

功率放大器增益功率放大器增益对于功率增益，也可以用输出获得的功率除以输入获得的功率。计算放大器增益时，必须注意下标V、I和P用于表示所用的信号增益类型。

放大器的功率增益(Ap)或功率水平也可以用分贝(dB)表示。b是对数单位(基数为10)，没有单位。由于Bel是一个太大的测量单位，要用分贝或dB计算放大器的增益，我们可以使用以下表达式。电压增益(dB): AV=20 * log (AV)电流增益(DB): AI=20 * log (AI)功率增益(dB):a p=10 * log(Ap)。

放大器的DC功率增益等于输出-输入比的常用对数的10倍，其中电压和电流增益是该比值的常用对数的20倍。但是注意20dB的功率不是10dB的两倍。此外，dB的正值表示增益，dB的负值表示放大器中的损耗。例如，3dB的放大器增益意味着放大器的输出信号“加倍”，而-3dB的放大器增益意味着信号“减半”，换句话说，信号丢失。

放大器的-3dB点称为半功率点，从最大值下降-3dB，取0dB为最大输出值。放大器的工作原理决定了放大器的电压、电流和功率增益。放大器的输入信号在10mV时为1mA，相应的输出信号在1V时为10mA。此外，所有三个增益都用分贝(dB)表示。各种放大器增益：各种放大增益公式放大器增益以分贝(dB)为单位：放大器增益公式

放大器的电压增益(Av)、电流增益(Ai)和功率增益(Ap)分别为100、10和1000。一般来说，放大器可以根据其功率或电压增益分为两种不同的类型。一种叫小信号放大器，包括前置放大器、仪表放大器等等。小信号放大器设计用于放大来自传感器或音频信号的非常小的信号电压电平，只有几微伏(V)。

另一种称为大信号放大器，如音频功率放大器或功率开关放大器。大信号放大器旨在放大大输入电压信号或切换重负载电流，就像你会发现驱动扬声器一样。功率放大器的工作原理

小信号放大器通常被称为“电压”放大器，因为它们通常将小输入电压转换成大得多的输出电压。有时需要放大器电路来驱动电机或功率扬声器，而这类需要高开关电流的应用则需要功率放大器。

顾名思义，“功率放大器”(又称大信号放大器)的主要工作就是给负载提供电源。从上面我们知道，它是施加在负载上的电压和电流的乘积。输出信号功率大于输入信号功率的负载。换句话说，功率放大器放大输入信号的功率，这就是为什么这些类型的放大器电路用于音频放大器的输出级来驱动扬声器。

功率放大器的工作原理是将从电源吸取的DC转换成交流电压信号，传输给负载。虽然放大率很高，但是从DC功率输入到交流电压信号输出的转换效率通常很低。完美或理想的放大器将为我们提供100%的效率水平，至少“输入”功率将等于“输出”功率。但实际上是不可能的，因为一部分功率会以热量的形式损失掉，放大器本身在放大过程中也会消耗功率。则放大器的效率为：

放大器效率放大器效率公式理想放大器我们可以从上面关于增益，即电压增益的讨论中知道一个理想放大器的特性：对于不同的输入信号值，放大器增益(应该保持不变。增益不受频率的影响。所有频率的信号必须以完全相同的量放大。放大器增益不得给输出信号增加噪声。它应该消除输入信号中已经存在的任何噪声。

放大器的增益不应受温度变化的影响，从而提供良好的温度稳定性。放大器的增益必须长时间保持稳定。电子放大器通过测量与输入信号相关的电流在输出电路中流动的时间量来比较输入和输出信号的特性，从而将放大器分类为电压放大器或功率放大器。

需要某种形式的“基极偏置”来使晶体管工作在其“有源区”。这个加到输入信号上的小基极偏置电压允许晶体管在其输出端再现完整的输入波形，而不会丢失信号。

然而，通过改变基极偏置电压的位置，放大器可以工作在不同于全波形再现的放大模式。通过引入具有基极偏置电压的放大器，可以获得不同的工作范围和模式，并根据它们的分类进行分类。这些不同的工作模式被称为放大器类别。

音频功率放大器根据其电路配置和操作模式按字母顺序分类。放大器由不同的操作类别指定，例如“A”类、“B”类、“C”类、“AB”类等。这些不同的放大器类别范围从接近线性输出但效率低到非线性输出，但效率高。

没有一类操作比任何其他类“更好”或“更差”，操作类型取决于放大电路的使用。各种类型或类别的放大器都有典型的最大转换效率，最常用的是：

A 类放大器——效率低于40%，但具有良好的信号再现和线性度。

B 类放大器- 效率是A 类放大器的两倍，最大理论效率约为70%，因为放大设备仅传导（并使用功率）输入信号的一半。

AB 类放大器- 效率等级介于A 类和B 类之间，但信号再现性比A 类放大器差。

C 类放大器- 是最有效的放大器类，但失真非常高，因为只有一小部分输入信号被放大，因此输出信号与输入信号几乎没有相似之处。C 类放大器的信号再现最差。

A类放大器工作原理

A 类放大器操作是在放大器输出端全部再现整个输入信号波形，因为晶体管在其有源区域内完全偏置。这意味着开关晶体管永远不会被驱动到其截止或饱和区域。结果是交流输入信号完全“集中”在放大器信号上限和下限之间，如下所示。

A类放大器输出波形

A类放大器输出波形图

A 类放大器配置对输出波形的两半使用相同的开关晶体管，并且由于其中央偏置布置，输出晶体管始终具有恒定的直流偏置电流（ICQ）流过它，即使没有输入信号存在。换句话说，输出晶体管永远不会“关闭”并且处于永久空闲状态。

这导致A 类操作的效率有些低，因为它将直流电源功率转换为传递给负载的交流信号功率通常非常低。

由于这个中心偏置点，A 类放大器的输出晶体管会变得非常热，即使在没有输入信号的情况下也是如此，因此需要某种形式的散热装置。流经晶体管集电极的直流偏置电流(ICQ) 等于流经集电极负载的电流。因此，A 类放大器的效率非常低，因为大部分DC 功率都转化为热量。

B类放大器工作原理

与上述使用单个晶体管作为其输出功率级的A 类放大器工作模式不同，B 类放大器使用两个互补晶体管（一个NPN 和一个PNP 或一个NMOS 和一个PMOS）来放大每一半输出波形。

一个晶体管仅对信号波形的一半导通，而另一个晶体管对信号波形的另一半或相反一半导通。这意味着每个晶体管有一半的时间在有源区，一半的时间在截止区，因此只放大了50% 的输入信号。

与A 类放大器不同，B 类没有直接的直流偏置电压，而是晶体管仅在输入信号大于基极-发射极电压(V BE) 时才导通，对于硅晶体管，这约为0.7v。因此，零输入信号有零输出。由于只有一半的输入信号出现在放大器输出端，因此与之前的A 类配置相比，这提高了放大器的效率，如下所示。

B类放大器输出波形

B类放大器输出波形图

在B 类放大器中，不使用直流电压来偏置晶体管，因此输出晶体管要开始导通波形的每一半，无论是正的还是负的，它们需要基极-发射极电压V BE大于标准双极晶体管开始导通所需的0.7v 正向压降。

因此，低于此0.7v 窗口的输出波形的下部将无法准确再现。这会导致输出波形的失真区域，因为一旦V BE 0.7V，一个晶体管“关闭”，等待另一个晶体管返回“开启” 。结果是在零电压交叉点处有一小部分输出波形会失真。这种类型的失真称为交叉失真，之后会介绍。

AB类放大器工作原理

AB 类放大器是上述A 类和B 类配置之间的折衷方案。虽然AB 类操作在其输出级仍然使用两个互补晶体管，但在没有输入信号时，将非常小的偏置电压施加到每个晶体管的基极，以将它们偏置到接近截止区域的位置。

输入信号将导致晶体管在其有源区域内正常工作，从而消除B 类配置中始终存在的任何交叉失真。当没有输入信号存在时，一个小的偏置集电极电流(I CQ) 将流过晶体管，但通常它比A 类放大器配置的电流小得多。

因此，每个晶体管在输入波形的半个多周期内都处于“导通”状态。与上述纯A 类配置相比，AB 类放大器配置的小偏置提高了放大器电路的效率和线性度。

AB类放大器输出波形

AB类放大器输出波形图

在设计放大器电路时，放大器的工作等级非常重要，因为它决定了其工作所需的晶体管偏置量以及输入信号的最大幅度。

放大器分类考虑了输出晶体管在其中传导的输入信号部分，以及确定开关晶体管消耗和以废热形式消散的功率的效率和数量。下图为常见放大器分类类型各类参数比较。

放大器分类参数比较图

功率放大器类

设计不佳的放大器，尤其是“A”类放大器，可能还需要更大的功率晶体管、更昂贵的散热器、冷却风扇，甚至需要增加电源尺寸来提供放大器所需的额外浪费功率。功率从晶体管、电阻器或任何其他组件转换为热量，使任何电子电路效率低下，并导致设备过早失效。

那么，与效率超过70% 的B 类放大器相比，如果A 类放大器的效率低于40%，为什么还要使用它呢？基本上，A 类放大器提供了更线性的输出，这意味着它具有更大频率响应上的线性度，即使它确实消耗大量直流功率。

这里已经介绍了不同类型的放大器电路，每种都有自己的优点和缺点，大家在设计电路时，可以综合考虑。

审核郭婷

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