放大器讲解-入门级.docx

放大器入门 电子组-武术读前说明：本文章主要针对于没有学习过电路理论、模拟电路技术等电工学基础课程的大一新学员，属于入门极文章。我在文章中尽量省去了专业名称，让新学员尽快推开电学的大门。当然也欢迎各位高手批评指正，使其更加完善，为科中做出一份贡献。放大器顾名思义就是放大信号，以下我从应用的角度给大家讲解一下。首先要认识放大器的基本结构。图1-1为放大器的通用原理图：每个放大器都必须由5个引脚组成，它们是：2个供电端（单电源供电或双电源供电），1个同向输入端（标正号引脚），1个反向输入端（标负号引脚），还有一个输出端。在这里需要注意：有的放大器芯片在一个封装内集成了多个放大器，而且把它们共用的两个电源端子分别连到一起；而有的外部引脚中没有同向输入或负向输入，因为它内部电路已经设定好，不允许设计者再次改动。图1-2和图1-3就如此。图1-1 放大器原理图图1-2 LM324封装图1-3 3842封装部分截图了解了放大器的基本结构，我们就要进一步学习他的基本外特性。放大器的最基本特性就是放大，它可以把同向、反向输入端的微弱电压差信号放得很大很大。每一种型号的放大器都有自己的放大倍数，这些数值可以在它的数据手册中查到例如LM324的共模抑制比（它可以用来衡量开环放大倍数）为：80db，也就是10的40次方，这是相当大的。但是，如果不断提高正负输入端的电压差，是不是输出电压总是安其原有放大倍数放大呢？当然不可以，原因有很多，但是最重要的原因就是放大器供电电压的限制，举个例子，如果你用正负15v给LM324供电，不管你输入的差模信号多大，输出端的电压也不会超过正负15v。现在大家知道了放大器的这一个基本放大特性，就可以用它分析“虚短虚短”了。首先用反向放大电路介绍，图1-2为反向放大的电路图。图1-2 反向放大器原理图下面来分析该放大电路是怎样反向放大的。先向R2端输入一个1v的电压信号，这时反向输入端就会比同向输入端高1V，因为放大器的放大倍数很大，其输出端的电压会瞬间降到-12V，但是此时反向输入端的电压为1V，此时肯定会有一个电流从6脚流向7脚，而电流不能从6脚流出更不能从6脚流入（这里就是虚断，5,6脚和放大器内部断路），所以电流只能从R2流入，Ui就有部分电压降落在R2上，使反向端的电压降低，减少5,6脚电压差信号。那么何时这个系统才能稳定呢？下面我们从另一个角度来分析这个问题。只要6脚比5脚高一点点，7脚就会降到-12V,然后必定会有电流从R2流向R1，而增加的电流会使R2上的电压降增加，近一步减小5,6脚之间的电压差。这样看来最终5脚和6脚的电压差会变为0.而5脚的电压为0，当然6脚的电压也为0（这就是虚短，5,6脚短路），由此可以计算出流过R2的电流I=1V/R2.前面提到6脚不会有电流流入流出，所以电流I只能从R1流出，这就产生了电压降，降落的电压为U=I*R2。7脚输出的电压即为-U。由此可推算出输入电压与输出电压之间的关系：=- 以上是用反向放大器电路说明了“虚短”，“虚断”的概念。下面我们用同样的方法来分析一下同向放大器电路的原理。图1-3 同向放大器的原理图下面我们用前面分析的“虚短、虚断”的概念来分析同向放大器原理。但是，你要注意“虚短，虚断”的使用是有条件的，为该电路必须有负反馈的特性，也即如果在放大器的同向与反向端给定一个电压差，反馈回来的效果一定要减小这一电压差的反馈。用同向放大器举例，如果同向输入端Ui输入电压比反向输入端高，输出端立即会产生+12v电压，该电压肯定会产生一个从R1流向R2的电流，这个电流会使反向输入端电压升高，进而减少这个电压差，这是整个反馈控制作用，当然这个反馈时间非常非常短，我们这样解释也是为了便于理解。理解了“虚短、虚断”的使用条件，就用它来分析同向放大器。首先同向输入端给定电压Ui（利用虚短的概念），反向端的电压也应该为Ui，然后流过R2的电流为I=Ui/R2（ 利用虚断的概念），反向输入端不会流出电流，也不会流入电流，所以I必定是从R1流过的，R1上的压降为，则输入电压。下面用加法器电路来检验一下大家是否理解了“虚短，虚断”的使用。加法器的原理图为图1-4.图1-4 加法器原理图分析该电路之前，大家还要理解一个电路理论中的概念叠加定理。他的定义是：在线性系统或线性电路中，如果有两个或两个以上的激励同时作用，则响应等于诸激励分别单独作用下产生的诸响应分量之和。下面对该定义做详细解释：线性系统或线性电路指由只含有线性元件组成的电路，电阻、电容、电感以及由他们组成的各种电路、芯片等都是线性电路，而二极管、三极管都为非线性元件。当然也可以有非线性元件，但这些元件在稳态情况下应该不起作用或是该部分电路可以孤立出来处理，如放大器单元。“激励”可以是电压源，电流源等等，如图1-4的加法器的两个输入电压源就是两个激励。响应就是输出电压Uo。还要理解电压源不起作用时相当于把电压源两端短路，电流源不起作用时，相当于将电流源两端断路。如图1-4中，如果Ui1不起作