模拟技术
电学中能够实现信号、功率放大的器件,称为放大器,英文为Amplifier,简称AMP。
以放大器为核心,能够实现放大功能的电路组合,称为放大电路。
但是在很多情况下,放大器和放大电路被初学者混淆。 严格说,放大器是一个器件(device),比如一个3管脚的晶体或者一个8管脚的运算放大器,这都是放大器。 而放大电路是这些器件加上电阻电容、线路板或者导线焊接到一块儿的,是一个电路的组合。 其实,初学者大可不必为此纠结,你愿意怎么叫就怎么叫。
放大器的分类
全部放大器被分为三种:晶体管放大器、运算放大器和功能放大器。 除此之外,世上可能存在其他类型的电子放大器,只会在特殊的领域里运用。 这个方面的放大器我不懂。 下面列了一张放大器全家福的图片。
晶体管放大器
晶体管分为两类:双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor-BJT,分为NPN型和PNP型)、单极型晶体管(也称场效应管,Field Effect Transistor-FET)。 其中场效应管还分为JFET和MOSFET,就是结型管和金属氧化物管,它们都有N沟道和P沟道之分。 从符号看,晶体管可以画成8种,双极型2种,单极型6种。
所谓的双极型晶体管,是指这种晶体管内部,既有电子流动形成电流,也有空穴运动形成电流,一个多,称为多子,一个少,我们称为少子,两者的运动方向相反,流向两个不同的“极”。
晶体管可以分成常见的共射(源)级、共基(栅)极、共集电(漏)极放大电路,以及类型多变的多级放大电路。
学过晶体管放大电路的同学们,或多或少都会感到晶体管及其放大电路的复杂。 从静态工作点开始,到微变等效电路,再到增益计算、输入电阻、输出电阻计算,还有频率特性,但是设计中想要完成一个各方面指标都满足需求的放大电路,可不是一件容易的事情。 虽然这个放大电路使用的器件很便宜,电阻电容数量也不是很多,但是复杂的计算限制了这种放大电路的推广。
运算放大器
运算放大器又称运放,其实就是一个差分输入、多级、直接耦合、高增益放大电路(一般大于10000倍),用集成电路工艺生产在一个单芯片集成电路中。 它有两个差分输入端,一个或者两个输出端,两个供电电源端。
但是问题来了,设计并生产一个指定增益的放大器,并把它封装在一个集成电路中,形成傻瓜型应用,对集成电路生产商来说,是极为简单的。 但是,困难的是,厂商得准备多少种增益给用户选择呢? 从1倍开始到1.1,1.2,要不要准备1.05倍呢?
数学家早已解决了这个问题。 按照负反馈理论,集成电路生产商只需要生产满足如下要求的集成放大器,我们称为运算放大器,即可实现用户的一切需求:
(1)运放的开环增益非常大。 即图中 Auo 很大。
(2)运放的输入端没有电流,即运放具有极高的输入阻抗。 换句话说,运算放大器的输入阻抗越大越好。
这是一个开环增益的运算放大器。 但是这样的电路基本在设计过程中无法使用,因为开环增益 Auo 太大,输入信号得多小才可以稳定输出。
功能放大器 Function amplifier
如果某个以运放为核心的放大电路,非常常用,生产厂家就会考虑把这个放大电路(包括运放和外围电路)进一步集成,提供给用户。 这就是功能放大器。
比如我们要设计一个放大电路,实现Uo=Ui1-Ui2。 使用运放可以给出图1-4(a)所示的电路。 但是,在实现过程中,用户可能遇到4个电路不好匹配的问题,而这个电路又是很常见的,于是集成电路生产商(比如ADI公司)就把这个电路集成在一个叫做AD8276的集成电路中,这就是一种功能放大器,被称为差动放大器——DifferenceAmplifier。 当然,这一种放大器内部的电路有像AD8276一样的,是 1:1的,也有1:10,1:5,1:2的,型号也就不同。 这取决于哪种电阻匹配是比较常见的。
这就是所有功能放大器诞生的基础:功能很常见,用户自己做没有厂家做得好。
这是一个减法器的电路,功能很常见,周围的电阻阻值都已经搭配好。 集成到下图的AD8276的集成电路中,下次可以直接连接导线使用。
当然,功能放大器的类型还有好多种,接下来会为大家一一介绍。
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