放大器的類型和特性
如果您在互聯(lián)網(wǎng)上搜索“放大器”，您會在許多有關(guān)音頻功率放大器的網(wǎng)站上找到結(jié)果。但“放大器”本身并不僅僅用于音頻。放大某物的裝置稱為放大器。當(dāng)然，在包括音頻功率放大器在內(nèi)的電路中，各種信號都是作為電信號進行交換的。所以，放大器是為了放大電路中流動的信號，它放大輸入的電流或電壓。它的作用是放大各種傳感器輸出的電信號，使其易于進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
放大器是模擬電路的代表，它非常重要，如果將放大器從模擬電路中移除，就什么都沒有了。此外，由于放大器可以提供任何電流和電壓（或電力），因此它也可以用作電源模擬器。其實電源也是放大器的一種。直流電源也被稱為單極（電源），因為只能提供正電荷。
我們稱可以提供正負(fù)電荷電流源的兩象限雙極電源，以及也可以提供電流吸收器的四象限雙極電源。我們將在最后一章詳細介紹四象限雙極電源。
有兩種主要類型的放大器，稱為“線性放大器”和“數(shù)字放大器”。
“線性放大器”具有輸出信號相對于輸入信號線性放大的頻域和由于構(gòu)成電路的放大元件（例如晶體管和FET）的特性而非線性的域。特別是，輸出信號在接近零的區(qū)域變得非線性，元件輸入信號的 ON/OFF 操作會導(dǎo)致輸出波形失真。因此，輸入信號在哪個區(qū)域使用就變得很重要，它分為三類，A類、B類和AB類（包括AB1類和AB2類）。
A類放大器
該放大器僅使用元件的線性放大區(qū)域。因此，雖然線性度高，但即使在輸入信號接近于零時也需要提供偏置電流(或電壓)，其缺點是效率下降，發(fā)熱大。即為保證輸出信號正確，即使在輸入信號為零時也始終保持恒定的偏置電流。
B類放大器
該放大器按原樣使用元件的非線性和線性放大區(qū)域。因此，當(dāng)輸入信號接近于零時，輸出信號也為零而產(chǎn)生失真。取而代之的是不需要像甲類放大器那樣的偏置電流，效率得到提高。
AB 類放大器
是一款在A類和B類之間享有盛譽的放大器。通過向 B 類放大器添加偏置電流來消除失真。
另一種放大器是“數(shù)字放大器”，也稱為開關(guān)放大器、D 類放大器。通過使用 PWM 等開關(guān)技術(shù)，這比線性放大器更高效、體積更小。它主要用于緊湊型音頻功率放大器，例如汽車應(yīng)用。雖然采用MOSFET和IGBT作為開關(guān)器件，但也存在對應(yīng)輸入信號頻帶較窄的問題。
放大器穩(wěn)定運行的必要條件
到目前為止，我們已經(jīng)解釋了放大器的類型和特性。從這里開始，我們將介紹在設(shè)計和實現(xiàn)放大器時應(yīng)該注意哪些事項。
頻段
為了使電流和電壓輸出值穩(wěn)定，有必要了解抑制它們的因素。第一個因素是頻帶。頻帶對應(yīng)于放大器的工作速度。在高頻下，放大器跟不上輸入信號，信號幅度下降。該圖顯示了在頻帶中幅度達到 -3 dB 之前的頻率。
例如，額定電壓為 120 V 的放大器的頻段為 20 kHz 時，即使嘗試在 20 kHz 下輸出 ± 20 V 正弦波，輸出幅度在 -3 dB 時也變?yōu)?70%，因此變?yōu)?±14 V 正弦波。因此，有必要選擇具有與您要使用的頻率相適應(yīng)的余量的頻帶的放大器。上升時間和下降時間與頻帶有關(guān)。一般響應(yīng)速度(=頻帶)fc(Hz)放大器的上升時間可由tr?0.35/fc求得。
壓擺率
第二個因素是壓擺率，代表放大器的響應(yīng)速度。這顯示了放大器的最大電壓上升率。一般用每微秒的電壓變化量來表示。放大器的響應(yīng)速度可能受頻帶或該壓擺率的限制。當(dāng)階躍響應(yīng)受壓擺率限制時，上升波形變?yōu)槿鐖D所示的直線。
受壓擺率限制的情況
受頻段限制的情況
感性負(fù)載
到目前為止，這是由于速度，但現(xiàn)在我們將介紹與負(fù)載相關(guān)的東西。第一個因素是感性負(fù)載。
在感性負(fù)載的情況下，電壓-電流的關(guān)系是 V = L × di/dt 相對于電感值 L，在恒流 (CC) 控制下嘗試高速運行時產(chǎn)生的電壓會產(chǎn)生問題。
例如，當(dāng)嘗試輸出上升速度較快的方波時，由于電壓受到過壓保護的限制，可能無法獲得所需的波形。在這種情況下，需要減慢輸入信號的上升速度并選擇支持產(chǎn)生電壓的模型。
此外，對輸入信號使用諸如數(shù)字控制之類的階躍信號也會產(chǎn)生許多電壓脈沖。由于這些脈沖可能會產(chǎn)生問題，建議盡可能使用連續(xù)波形輸入信號。
另一方面，過壓保護也限制了輸出信號。但是，如果輸出信號突然關(guān)閉，則保護不起作用，感性負(fù)載可能會產(chǎn)生很大的電壓。
容量負(fù)載
第二個因素是容量負(fù)載。對于容性負(fù)載，電容C的電壓-電流關(guān)系為I = C × dV/dt。與感性負(fù)載相反，在恒壓（CV）控制下嘗試高速運行時需要大電流。處理大容量時，請在使用前了解電源的負(fù)載特性和輸出特性。
二極管負(fù)載
第三個因素是二極管負(fù)載。在恒流（CC）控制下，即使在空載條件下電流控制為零，輸出電壓也會在輕微偏移的影響下上升到正或負(fù)過壓保護水平。這意味著，即使電流控制為零，只允許正向電流的二極管或其他負(fù)載也可以輸出反向過大的電壓信號。如果這超過負(fù)載的耐壓，可能會導(dǎo)致故障，因此需要采取反向插入保護二極管等措施。
電纜的電容和電感
最后一個因素是電纜。在高速運行放大器時，我們不能忽視電纜對輸出信號的電容和電感的影響。在高壓放大器中，電纜在輸出線和屏蔽之間存在電容，因此電容影響電壓波形的上升速度。電纜越長，容量越大。這就是為什么在音樂愛好者中使用低電阻電纜并構(gòu)建最小化電纜長度的系統(tǒng)的原因。
另外，在低電壓、大電流模型中，電纜的電感和接線方式產(chǎn)生的電感對電流波形的上升速度有很大影響。這可以通過使電流回路變小來在一定程度上緩解，例如扭曲接線。
四象限雙極電源
最后介紹一下四象限雙極電源，它是一種高性能的放大器，作為放大器的演進。放大器基本上有一個輸出電流吸收器。因此，即使是容量負(fù)載、感性負(fù)載及其組合負(fù)載，也可以進行恒壓操作。而且，因為響應(yīng)速度快，可以說是理想的電源。一般的電源只能輸出一個方向的電流。但是四象限雙極電源可以輸出正負(fù)兩個方向的電壓。
此外，它還具有灌電流和拉電流功能。在感性負(fù)載或容量負(fù)載上施加交流電時，同一電壓可能有正負(fù)電流。需要一個四象限雙極電源來驅(qū)動這樣的負(fù)載。
在恒壓 (CV) 控制下，四象限雙極電源輸出電壓對應(yīng)于輸入信號。此時，輸出電流在額定范圍內(nèi)可自由取值。同樣，在恒流（CC）控制下，它根據(jù)輸入信號輸出電流。此時，如果輸出電壓在額定值內(nèi)，則可以是正負(fù)自由值。
但是，由于輸出保護是通過過壓保護和過流保護進行的，因此可能無法獲得所需的波形。最好在電壓和電流都在額定范圍內(nèi)運行，了解負(fù)載特性對于穩(wěn)定使用電源很重要。
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