怎么构建一个基本放大电路

什么是放大电路

我们要设计一个放大电路，首先要明白什么是放大的概念。模拟信号的放大，传感器输出的电信号通常是很微弱的，这些微弱的电信号一般情况下既无法直接显示，也很难作进一步分析处理。对这些信号的处理离不开放大电路。

放大：指的是把输入微弱的电信号的功率放大，你可以想象，评判一个东西行不行，或者说为什么无法处理，回到最根本是能量问题。只有把小功率的微弱电信号放大到一定功率，给予一定的能量，才能被使用。放大一般都是指线性放大，也就是说放大电路输出信号中包含的信息与输入信号完全相同，既不减少任何原有信息，也不增加任何新的信息，只改变信号的幅度或功率的大小(在时域或频域观察，信号任何一点的赋值都是按照相同的比例变化)。

比如，家用音响系统为例：

声音给了话筒(传感器)，将声音转化为电信号，这个电信号十分微弱，如果直接把这个电信号给到扬声器，基本什么都听不到。经过一个放大电路，可以把小功率信号放大，这样就可以驱动扬声器了。

放大电路的特征：功率的放大。

放大电路的本质：能量的转换(控制)，把外供电源的能量转换为放大的信号。

放大电路的必要条件(核心元件)：需要有源元件(工作时需要电源)用小信号的输入控制大信号的输出。这个大信号的能量是由外加电源给的。比如BJT中体现的是iB对iC的控制，在MOSFET中体现的是uGS对iD的控制。

放大电路的前提：不失真。

放大电路的测试信号：正弦波，思考下，为什么是正弦波?因为这种待放大的电信号都是可以由不同频率的正弦波叠加(信号与系统)。

怎么构建一个基本放大电路

目标：小功率信号 转为 大功率信号;

条件：有源元件(提供控制)，电源(提供能量);

技术路线：

有源元件(三极管)需要工作在放大状态下(实现iB控制iC);

小信号(输入信号)利用uBE 控制iB;

合理的输出(把放大信号取出去);

设计图

vs如果直接加到be之间，这个想到什么?前面提到的交流信号加在二极管上的效果是一样的，PN结不能导通，需要骑在一个直流源上，加入VBB。

Rb的作用呢?限流作用。

Rc的作用呢?VCC加入时，集电结是反偏的，无需限流，那么RC起什么作用呢?RC的作用是把变化的电流iC转为随其变化的电压：

如下图：问题就是没有设置合适的静态工作点。

有没有什么要改进的呢?很明显前面有两个直流源，过于繁琐，可不可以共用呢?

如果设计电阻RC两端的电压低于电阻Rb两端的电压，那么，是不是b极电位是不是也会低于c极电位?那不就是集电结反偏吗?

上图中，这样接法能起作用吗?三极管的发射结能导通吗?uBE还是等于V2啊，显然三极管不能导通(没有设置合适的静态工作点)。那么如何改进呢?

根据叠加原理，现在uBE的电位是不是两个电源的叠加呢?这样不就把直流加进入了嘛，这种电路一般称为直接耦合共射放大电路。

直接耦合的特点：没有滤波，直接传递，有两个情况我们要想到：1. 输入电阻Rb1上存在阻抗，信号被削弱了;2. 输出信号里面是存在直流分量的，它不是纯交流的。

如何解决上述两个问题呢，要纯交流信号呢?

上述电路称为阻容耦合共射放大电路，利用电容的通交流阻直流的特点。电容一般采用容量比较大，所以一般采用电解电容，使用时要注意正负极。

工作原理

无输入信号(ui=0)(类似你音响打开了，却不说话)，让三极管工作在放大状态

加入直流源UCC，首先C1，C2断路，uo=0

管子已经开启了，肯定存在一个uBE=UBE，根据输入特性曲线，肯定有直流电压IB，再根据输出特性曲线，肯定有一个放大的直流电压IC，也有一个电压UCE。

有输入信号(类似你现在开始说话了)

加入输入信号ui，ui的变化引起了uBE的变化，根据输入特性曲线，uBE的变化引起了iB的变化，根据输出特性曲线，变化的iB产生变化的iC，从而引起uCE的变化：

 

再经过C2去掉直流分量，得到uo。

放大电路的性能指标

等效示意图(根据戴维南定理)

等效输入电阻Ri

对于后面的放大电路来说，前端的信号源可以看作是一个电压源与一个电阻串联(或者电流源与电阻并联);

对于前端的信号源来说，后面整个放大电路可以看作为电阻，用Ri表示。Ri决定了信号源给予放大电路多大的信号。如果信号源是一个电压型信号，这个信号由信号源的电阻Rs与Ri分压：

 

此时，Ri越大越好。还可以从另外一个方面，前级的Us是一个理想源，但是实际应用时，我们要考虑Us的功耗，不能让其失真，这种情况也要把Ri变大，这样保证相同的Ui下Us的功耗就小。

等效输出电阻Ro

同上，对于输出负载RL来说，前面的放大电路就是一个大的信号源，可以等效成一个电源跟一个电阻相连的形式(电压源与电阻串联，电流源与电阻并联)。

如果我们想前端电路近似一个电压源，即io变化时，uo变化小，此时Ro越小越好。

如果想前端电路近似一个电流源，即uo变化时，io的变化小，此时Ro越大越好。

放大倍数

A u u ˙ \dot{A_{uu}}

通频带(频率响应)

放大电路的频率指标

对于阻容耦合中有电容，以及三极管中有极间电容，各容抗都跟频率有关。

非线性失真

最大不失真输出电压

最大输出功率与效率