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放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作吗?放大电路一定要有直流电压源吗?

作者:电气设备网
文章来源:本站

  把提问中的“吗”字去掉,就是这个问题的正确答案。开个玩笑。

  因为放大器并沒有把原来的信号真正的予以放大。放大器输出的信号,大部份都是从电源中重新索取的新能量,和被放大的信号没有多大关糸。所谓“放大”只是一种假象。

  以我们常见的三极管放大电路为例:

  

放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作吗?放大电路一定要有直流电压源吗?

  作为晶体管,如工作在开关状态,就相当于用一个小电流打开了一个大开关;如果工作在放大状态,这个开关的开启程度将随这个小电流的变化而变化。题主所讲的“合适”电源,就是指这个电源所能提供的电压和电流,要大于被放大后信号中的电压、电流。因为“放大”的本质是另外引入了新的能源,并让这个新能源的能量,按被放大信号的变化规律并以数倍于它的强度同步释放,然后用它来“冒充”被放大的信号输出给用户(负载)。显然放大器所配电源如果不合适(比如用3W电源去给5W放大器供电),放大器是不可能正常工作的。

  下图是一个共发射极的晶体管放大电路

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  看了几个回答都说是必须有直流电源,实际上是不严谨的。之所以常使用直流电源,因为用直流电源来处理比较简单,且往往失真较小。但不能说在放大电路中直流电源是必须的。

  我们来看如下几个例子

  1.模拟乘法器

  

放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作吗?放大电路一定要有直流电压源吗?

  模拟乘法器是典型的 “线性时变系统”,如图1所示。

  图1 模拟乘法器

  可以看到对于T1和T2来说,其偏置是非直流的。有人可能会说,这电路不是最终还有直流电源供电吗?但如果我们已经有一个T4集电极输出一样的电源的话,我们就不需要上下两轨的DC电源了。如图2所示

  图2 去掉DC源的模拟乘法器

  1.1 图2中Vy的波形带有DC分量,但可不能说Vy就是个DC电源;

  1.2 T1和T2的集电极偏置电压是要高于各自的基极的,这是没有问题的(虽然这样做不是很理想)因为我们知道三级管的VCE(sat)往往只有0.3V左右,而VBE(on)却是在0.6-0.7V;

  1.3 Vy的直流分量给T1,T2的发射极提供了直流偏置。

  对于上述情况,有的同学可能会不服气,说既然Vy含有直流分量,那么还是可以认为是有DC电源的。是的,如果有晶体管的(线性放大)电路,那么DC偏置几乎是不可或缺的。那么难道我只能自打嘴巴?显然不会,解决这个问题很简单。题主只问放大电路,可没说必须要用晶体管。那么我们不再用晶体管,我们祭出神器——变压器。

  2. 变压器放大电路

  对于电力网中,变压器升压降压再平常不过。那么电子电路中呢?我们看图3

  上面是一个矿石收音机电路,这种收音机现在除了极少部分爱好者,很少有人在关注了。这里用了一个矿石作为检波器件,显然这样的收音机只能收听AM调幅广播。在这个矿石收音机电路中并没有DC电源。题主只说放大电路,可没说放大功率。显然变压器并不能放大功率,但能只放大电压或者只放大电流。在这种情况下,变压器也可以认为是起一个阻抗变换的作用,使得负载容易被驱动,而尽量降低天线的反射。

  

放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作吗?放大电路一定要有直流电压源吗?

  3. 谐振放大电路

  既然没有强调放大功率,那么我们还可以用谐振电路来放大电压或者电流。看如图4所示的串联谐振电路

  图4 串联谐振电路

  在图4所示的串联谐振电路中,学过模电的都应该知道,并根据我在图中设置的RLC的值。如果输入信号为幅值1V,频率159kHz的正弦信号的话,那么LC的串联相当于短路,这样0.1Ω电阻R上的压降就是1V(交流幅值),又因为R、L和C是串联关系,所以流经各自的电流是相等的(相位也相同)。那么再根据计算可知,电感的感抗是1Ω,那么电感上的电压降Vo就是10V(交流幅值),并且相位比Vin超前90度。

  这个电感的感抗或者电容的容抗比上电阻的阻值,就是串联电路中的Q值,理论上Q值可以无穷大,但实际做不到。

  如果换作并联谐振电路呢?留给各位看官思考吧。

  4. 总结

  4.1 放大电路中,如果不需要放大功率,那么DC电源不是必须的;

  4.2 如果交流电压源叠加一个DC电压源作为一个电压源供电而不再把它当作DC电压源的话,那么功率放大也是可以不用DC电源的;

  4.3 不用晶体管等有源器件而只用变压器、电感和电容等无源器件也能放大信号(要么是电压,要么是电流),但不能放大功率。

  三极管放大电路必须提供合适的直流电压-偏置电压。

  首先,保证三极管处于放大状态:发射结正偏,集电结反偏(Uc>Ub>Ue)。

  再次,应设置合适的偏置电压,保证放大交流信号不会产生电压失真。

  如果没有合理设计偏置电压,放大信号将会产生失真:

  1、交流负压时,Ub过小,发射结不导通,导致三极管截止产生截止失真。

  2、交流正压时,Ub过大,集电结正偏,导致三极管饱和产生饱和失真。

  上图为输出电压U0失真。由于三极管的反相作用,因此输出电压U0和输入电压Ui正好相反。

  是的,人工作要吃饭,电工作要加电!

  放大电路典型的就是三极管放大电路。三极管放大倍数看这个三极管的特性,如果你在三极管发射极与集电极加上直流电(这里只说特性,说以偏置电阻忽略)。基极供给信号,其实就相当于一个可调电阻,给最大信号,发射极与集电极是不能超越两边的最大电流与电压。除非你在此电流中加入倍压。

  所以,电路中你要了解元器件的特性,如:放大倍数、电流、电压,电容的耐压、电阻的功率一些系数。

  

放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作吗?放大电路一定要有直流电压源吗?

  这些参数在选元器件时都要注意。

  任能量都不可能凭空放大,所谓放大只是在原有的工作电压下,受信号源控制,把信号源的重新以大的信号输出

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