電壓放大器(VoltageAmplifier)是提高信號(hào)電壓的裝置。對(duì)弱信號(hào),常用多級(jí)放大,級(jí)聯(lián)方式分直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合,要求放大倍數(shù)高、頻率響應(yīng)平坦、失真小。當(dāng)負(fù)載為諧振電路或耦合回路時(shí),要求在指定頻率范圍內(nèi)有較好幅頻和相頻特性以及較高的選擇性。
電壓放大器的特點(diǎn):
(1)傳感器輸出信號(hào)為電荷;
(2)是具有深度負(fù)反饋的高增益放大器,實(shí)質(zhì)是一個(gè)電流\電壓轉(zhuǎn)換器;
(3)不容易引入現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào),電路受連接電纜長(zhǎng)度變化的影響不大,幾乎可忽略不計(jì),可用于壓電式傳感器遠(yuǎn)距離傳輸放大;
(4)可對(duì)靜態(tài)壓力進(jìn)行有效測(cè)量;
(5)頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕。
放大器的電路構(gòu)成
電壓放大器的核心是處于放大狀態(tài)的三極管,假定我們使用的是NPN型硅三極管,則可以如圖3(a)向它提供放大條件。
圖3(a)VBB給發(fā)射結(jié)提供正偏;VCC給集電結(jié)提供反偏。
如果流經(jīng)Rb的電流Ib適當(dāng),使經(jīng)過放大的Ic在Rc壓降使集電極電壓Vc》Vb,三極管就工作在放大區(qū)域了。但這一電路有明顯的缺陷,就是需要用VBB和 VCC兩組電池,這是很不方便的,也是不現(xiàn)實(shí)的。因此我們?cè)O(shè)法將兩個(gè)電源合并使用,放棄電源VBB,利用電源VCC經(jīng)過電阻Rb產(chǎn)生Ib,給發(fā)射結(jié)提供正偏,形成如圖3(b)所示的電路。電阻Rb稱作“偏置電阻”。這樣,放大器的核心部分就形成了。如果Rb接在c-b之間,形成電壓負(fù)反饋,穩(wěn)定工作點(diǎn),如圖3(c)所示。通常在畫電路圖時(shí),因?yàn)橹绷麟娫碫CC許多地方公用,一般可以不畫,標(biāo)VCC即可,如(c)所示。
需要放大的小電壓信號(hào)是如何輸入而不影響放大器的直流偏置呢?可以在基極串入一個(gè)電容C1,如圖4所示,C1稱作“輸入耦合電容”。電容的一個(gè)重要特性就是“隔直通交”,它能隔斷直流,但允許交流通過。普通信號(hào)都是由一系列交流信號(hào)組合而成的,所以小電壓信號(hào)可以通過耦合電容到達(dá)三極管的基極。
輸入的電壓信號(hào)到達(dá)基極,將使基極電位在原來確定的直流偏壓基礎(chǔ)上發(fā)生變化,從而使基極電流隨之發(fā)生變化。如果輸入信號(hào)很小,那么基極電流的變化規(guī)律與輸入電壓的變化規(guī)律是基 本相同的。(即不出現(xiàn)非線性 失真)基極電流的變化將引起集電極 電流的相應(yīng)變化,而集電極電 流的變化量是基極電流變化量 的B 倍,這就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)電流 的放大。
電壓放大器的基本工作原理
當(dāng)信號(hào)尚未接入時(shí),三極管三個(gè)電極的電流、電壓狀態(tài)稱作靜態(tài),也叫“靜態(tài)工作點(diǎn)”。一般只需求出集電極電流和集-射之間的電壓值即可。
需要放大的信號(hào)輸入后,是疊加在靜態(tài)工作點(diǎn)之上的,使靜態(tài)電流和電壓出現(xiàn)“變化”或“波動(dòng)”,我們就稱它為“動(dòng)態(tài)”。要了解放大器的工作原理,就要先了解靜態(tài),再了解動(dòng)態(tài)。下面以圖6電路為例來簡(jiǎn)要解釋放大器是如何實(shí)現(xiàn)電壓放大的。
靜態(tài):
如圖6,假設(shè)三極管是硅材料管,而且電流放大系數(shù)已經(jīng)確定( B=50),使用6V直流電源供電。
圖6
動(dòng)態(tài):加入信號(hào)后,放大器各關(guān)鍵點(diǎn)的電壓、電流值會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化,這種變化就是“動(dòng)態(tài)”,它是疊加在靜態(tài)之上的。
電壓放大器應(yīng)用電路
圖是普及型收音機(jī)的低放電路。電路共3級(jí),第1級(jí)(VT1)前置電壓放大,第2級(jí)(VT2)是推動(dòng)級(jí),第3級(jí)(VT3、VT4)是推挽功放。VT1和VT2之間采用直接耦合,VT2和VT3、VT4之間用輸入變壓器(T1)耦合并完成倒相,最后用輸出變壓器(T2)輸出,使用低阻揚(yáng)聲器。此外,VT1本級(jí)有并聯(lián)電壓負(fù)反饋(R1),T2次級(jí)經(jīng)R3送回到VT2有串聯(lián)電壓負(fù)反饋。電路中C2的作用是增強(qiáng)高音區(qū)的負(fù)反饋,減弱高音以增強(qiáng)低音。R4、C4為去耦電路,C3為電源的濾波電容。整個(gè)電路簡(jiǎn)單明了。