放大器

放大器（英语：Amplifier），俗称音箱，一般而言是指能够使用较小的能量来控制较大能量的任何器件。现在，在日常使用中，这个名词常常是指放大器电路，经常用于音频应用中。一个放大器的输入输出关系——常常表示为一个与输入频率相关的函数，这个关系称为放大器的传输函数，同时这个传输函数在特定频率下的数值定义为增益。大多数放大器的特性可以由一系列的参数来描述。增益是指放大器能在多大程度上增大信号的幅值。该参数常用分贝（dB）来度量。用数学语言来说，增益等于输出幅值除以输入幅值。（对功率放大器而言，用分贝表示的增益可以由此关系式计算：G(dB)=10log(Pout/Pin)(Electrical)）。放大器对于不同的频率有不同的转换倍率，一个放大器会有最佳的放大波段，即听音乐时调整的EQ.输出动态范围，常用dB为单位给出，是指最大与最小有用输出幅值之间的范围。因为最低的有用幅值受限于输出噪声，所以称之为放大器的动态范围。放大器的带宽（BW）常定义为低频与高频半功率点之间的差值。因而也就是常说的-3dB BW。有时也定义在其它的响应容差下的带宽（-1dB，－6dB等等。）。举例来说，一个好的音频放大器的－3dB带宽将在二十赫兹到两万赫兹左右（正常人的听觉频率范围）。放大器的上升时间是指当阶跃信号输入时，输出端由其最终输出幅度值10%变化到90%时所用的时间。对于高斯响应系统（或一个简单的RC振荡回路），上升时间大约可以表达为：是指输出幅值建立于最终幅值的某个比值（比如0.1%）以内时所花的时间。压摆率（slew rate）是指输出电压变量的变化率，常定义为伏特/每秒（或微秒）。是对在放大过程中引入噪声多少的一个量度。噪声是电学器件和元件中不受欢迎却无法避免的。噪声由放大器零输入时输出的分贝或输出电压峰值来度量。也可由输入信号和输出信号的信噪比差值确定，输出信号信噪比恶化了多少dB，则该放大器的噪声系数就是多少d 5效率用来量度多少输入能量是应用于放大器输出的。甲类（A类）放大器效率十分低下，约在10-20%之间，最大不超过25%。现代甲乙类（AB类）放大器一般效率都在35-55%之间，理论值可达78.5%。有报道说商用的丁类（D类）放大器的效率可高达97%。放大器的效率限制了总功耗中有用部分所占的比例。注意，效率越高的放大器散热量越小，通常在几个瓦特的设计中也无需风扇。理想放大器应当是完全线性器件，但是实际的放大器仅在某些实际限制下是线性的，其他情况下均会出现失真。当驱动放大器的信号增大后，输出也随之增大，直到达到某个电压值，使得放大器的某部分达到饱和从而不能再增大输出了，称之为“截止失真”（削顶失真、削峰失真）。同样的，存在着“饱和失真”（削底失真）。失真的原因与晶体管的特性以及静态工作点的选择密切相关。有些放大器在设计中通过某种可控途径来解决这个问题，即以牺牲增益为代价换取较小的失真。其结果是一种补偿效应，即（如果放大器是音频放大器的话）大大减少听起来不悦耳的声音。对于这些放大器，其增益比小信号时小1dB时的输入功率（或输出功率）定义为1dB补偿点。线性度是一个关键的问题，目前有很多技术来避免非线性带来的影响，比如前馈、预矫正、后矫正、包迹抑制还原（波包消除重建）、用非线性元件实现线性放大（LINC）、CALLUM、Cartesian反馈……对于不同的应用，电子放大器有很多种类。最普通的一类放大器就是电子放大器，常应用于广播和电视发射台及接收器，高传真（hi-fi）立体声装置，微型计算机和其它电子数字装置，以及其他仪表放大器。它最关键的元件是有源器件，比如真空管或晶体管。放大器常依据通过放大器件的输入信号（正弦波）的导通角（有时也称为angle of flow）来分类;详见功率放大器类型。此有源元件的基本角色就是放大输入信号，产生一个显著的放大信号。放大的倍率（正向增益）是由有源元件和外部电路所共同决定的。在晶体管放大器里常用的有源元件是双极性晶体管（BJT）和金氧半场效应晶体管（MOSFET）。应用非常多样化，常见的如家用音响的声音放大器、半导体设备的高功率射频信号发射机、射频或微波信号的无线电收发机。运算放大器通常在模拟输入上运作是一种集成电路式放大器，主要由外部的回授来决定其转移函数或增益。本类放大器处理带宽高于5MHz的影像信号。为了呈现可接受的电视画面，对于步阶响应和Overshoot的要求也是必要的。设计一个高频影像放大器是件很困难的工作。用于放大示波器映像管的影像信号，带宽大约可达500MHz。对于步阶响应、上升时间、overshoot和变形的规格要求，使得设计此种放大器是极端困难的应用于微波频段中较低频的高功率放大。此类放大器通常能使用于很宽的频率范围，但相对的，TWT并不像Klystrons能够调整。音频放大器通常用于放大音乐或说话的信号。磁放大器，是用具有非线性特性的铁磁材料制成铁心，并用直流和交流电流使其磁化以进行电量变换的电器。磁放大器主要用于电气自动控制系统中，如电机的调速、调压等。通过受激辐射过程放大光的元件。比如用于光纤通讯网络中的掺铒光纤放大器（EDFA，Erbium doped fiber amplifier）。