放大器是能把輸入訊號的電壓或功率放大的裝置，其基本任務是將微弱信號不失真地放大到所需的值，用在通訊、廣播、雷達、電視、自動控制等各種裝置中，是自動化技術工具中處理信號的重要元器件。

一.放大器的工作原理

放大器主要由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成，輸入待測信號，經放大和帶通濾波后與參考信號共同輸入乘法器得到的結果再通過低通濾波器濾波后輸出。

通俗點說，放大器的作用就是將微弱的信號放大，在設備裝置本身能量不足的情況下，為了能讓信號被顯示或者推動負載工作，可利用放大器將其能量放大，其放大作用是通過輸入信號控制能源來實現的，放大所需功耗由能源提供。

放大器實現放大作用，實際上是用小能量的信號去控制電源驅動大能量，使其按小信號相同的變化規律，即用較小的信號去控制較大的信號，換句話講，就是信息幅度放大。

圖1：放大器原理圖

圖1為放大器的通用原理圖：每個放大器都必須由5個引腳組成，它們是：2個供電端（單電源供電或雙電源供電），1個同向輸入端（標正號引腳），1個反向輸入端（標負號引腳），還有一個輸出端。

圖2

圖3

在這里需要注意：有的放大器芯片在一個封裝內集成了多個放大器，而且把它們共用的兩個電源端子分別連到一起；而有的外部引腳中沒有同向輸入或負向輸入，因為它內部電路已經設定好，不允許設計者再次改動。圖2和圖3就如此。

二．放大器的分類

放大器種類繁多，按照不同的標準有不同的分類。

1.按頻率范圍可分為單頻道、寬頻帶、多波段。

2.按使用位置可分為前端放大器和線路放大器。

前端放大器：即在機房前端使用的放大器，分為頻道放大器和寬帶放大器，頻道放大器用在混合器前，對單個頻道的低信號進行放大；寬帶放大器則用在混合器后，對所有頻道信號同時放大，使其具有足夠的電平送人干線傳輸。

線路放大器：即在傳輸系統中，對信號在傳輸電纜中的損失進行彌補的干線放大器和用于傳輸網最末端供給分配所需高電平的分配放大器。

3.按放大器的放大目的可分為電流放大器、電壓放大器、功率放大器。

顧名思義，電流放大器主要用于放大電流信號，實現小電流輸入、大電流輸出。

電壓放大器主要用于放大電壓信號，實現小電壓輸入、大電壓輸出。

功率放大器主要用于驅動負載（如喇叭、發射天線等）。

4.按信號特征可分為音頻放大器（用于放大語音信號）、視頻放大器（用于放大圖像信號）、脈沖放大器（用于放大脈沖信號）、諧振放大器（用于放大高頻載波信號）。

5.按信號強弱可分為小信號放大器（即線性放大器）、大信號放大器（即非線性放大器）。

線性放大器輸出就是輸入信號的復現和增強。

非線性放大器，輸出則與輸入信號成一定函數關系。

6.按電流結構可分為交流放大器、直流放大器。

交流放大器又可按頻率分為低頻、中源、高頻，多用于分立元件電路。

直流放大器能夠放大直流信號或變化很緩慢的信號的電路稱為直流放大電路或直流放大器，多用于集成電路，測量和控制方面常用到這種放大器。

7.按所處理信號物理量可分為機械放大器、機電放大器、電子放大器、液動放大器和氣動放大器等。其中用得最廣泛的是電子放大器，隨著射流技術的推廣，液動或氣動放大器的應用也逐漸增多。

電子放大器又按所用有源器件分為真空管放大器、晶體管放大器、固體放大器和磁放大器，其中又以晶體管放大器應用最廣。

晶體管放大器在自動化儀表中常用于信號的電壓放大和電流放大，主要形式有單端放大和推挽放大，此外還常用于阻抗匹配、隔離、電流-電壓轉換、電荷-電壓轉換（如電荷放大器）以及利用放大器實現輸出與輸入之間的一定函數關系（如運算放大器）。

8.按照信號導通角的大小，可分為甲類（A類）、乙類（B類）、丙類（C類）、甲乙類（AB類）、丁類（D類）、戊類（E類）等。（以下統一以“甲乙丙丁”稱）

甲類放大器

甲類放大器是指電流連續地流過所有輸出器件的一種放大器，其電流的流通角為360o，適用于小信號低功率放大，由于避免了器件開關所產生的非線性，只要偏置和動態范圍控制得當，僅從失真的角度來看，可認為它是一種良好的線性放大器。

乙類放大器

乙類放大器是指器件導通時間為50％的一種工作類別，流通角約等于 180度。乙類放大器使用非常廣泛，適用于大功率工作。

丙類放大器

丙類放大器指器件導通時間小于50％的工作類別，在輸入信號超過偏置點時才有電流流過晶體管，電流的流通角小于180度，這類放大器，一般用于射頻放大，適用于大功率工作。

甲乙類放大器

實際上是甲類和乙類的結合，每個器件的導通時間在50-100％之間，依賴于偏置電流的大小和輸出電平。該類放大器的偏置按乙類設計，然后增加偏置電流，使放大器進入甲乙類。

丁類放大器

丁類放大器的特點是斷續地轉換器件的開通，其頻率超過音頻，可控制信號的占空比以使它的平均值能代表音頻信號的瞬時電平，這種情況被稱為脈寬調制（PWM），其效率在理論上來說是很高的。

戊類放大器

戊類放大器可在幾乎所有工作時間內，通過的電壓或電流是較小的，亦即功率耗散很低，不過它僅用于射頻技術，不用于音頻。

隨著半導體器件的發展，放大器早已不限于甲類、乙類等基礎類別，出現了更多的類別，除了上述類別外，還有己類（F類）放大器、 庚類（G類）放大器、辛類（H類）放大器、S類放大器，但總體上，仍以甲類、乙類、甲乙類使用得較多，這些使用得較少，在此就不一一列舉了。

三．放大器的基本特性

1.增益

增益是指放大器能在多大程度上增大信號的幅值。該參數常用分貝（dB）來度量。 用數學語言來說，增益等于輸出幅值除以輸入幅值。（對功率放大器而言，用分貝表示的增益可以由此關系式計算：G（dB）=10log（Pout/Pin）（Electrical））。

2.輸出動態范圍

輸出動態范圍，常用dB為單位給出，是指最大與最小有用輸出幅值之間的范圍。因為最低的有用幅值受限于輸出噪聲，所以稱之為放大器的動態范圍。

3.帶寬與上升時間

（1）放大器的帶寬（BW）常定義為低頻與高頻半功率點之間的差值。因而也就是常說的-3dB BW。有時也定義在其它的響應容差下的帶寬 （-1dB，－6dB等等。）。舉例來說，一個好的音頻放大器的－3dB帶寬將在二十赫茲到兩萬赫茲左右（正常人的聽覺頻率范圍）。

（2）放大器的上升時間是指當階躍信號輸入時，輸出端由其最終輸出幅度值10%變化到90%時所化的時間。

4.理想頻率特性

增益為常數，相移與頻率成正比。即放大器對不同頻率的信號具有相同的放大量，并且對任何頻率的信號的相移均為零。

5.建立時間與失調

是指輸出幅值建立于最終幅值的某個比值（比如0。1%）以內時所花的時間。

6.效率

效率用來量度多少輸入能量是應用于放大器輸出的。甲類（A類）放大器效率十分低下，約在10-20%之間，最大不超過25%。現代甲乙類（AB類）放大器一般效率都在35-55%之間，理論值可達78。5%。有報道說商用的丁類（D類）放大器的效率可高達97%。放大器的效率限制了總功耗中有用部分所占的比例。注意，效率越高的放大器散熱量越小，通常在幾個瓦特的設計中也無需風扇。

7.回轉率

回轉率（slew rate）是指輸出電壓變量的變化率，常定義為伏特/每秒（或微秒）。

8.噪聲系數

是對在放大過程中引入噪聲多少的一個量度。噪聲是電學器件和元件中不受歡迎卻無法避免的。噪聲由放大器零輸入時輸出的分貝或輸出電壓峰值來度量。也可由輸入信號和輸出信號的信噪比差值確定，輸出信號信噪比惡化了多少dB，則該放大器的噪聲系數就是多少dB。

9.線性度

理想放大器應當是完全線性器件，但是實際的放大器僅在某些實際限制下是線性的，其他情況下均會出現失真。當驅動放大器的信號增大后，輸出也隨之增大，直到達到某個電壓值，使得放大器的某部分達到飽和從而不能再增大輸出了，稱之為“截止失真”（削頂失真、削峰失真）。同樣的，存在著“飽和失真”（削底失真）。失真的原因與晶體管的特性以及靜態工作點的選擇密切相關。

四．功率放大器與運算放大器

功率放大器和運算放大器是使用最為廣泛的兩大類，在此特拿出來簡單介紹一下。

1.功率放大器

功率放大器的作用是將來自前置放大器的信號放大到足夠能推動相應揚聲器系統所需的功率。就其功率來說遠比前置放大器簡單，就其消耗的電功率來說遠比前置放大器為大，因為功率放大器的本質就是將交流電能“轉化”為音頻信號，當然其中不可避免地會有能量損失，其中尤以甲類放大和電子管放大器為甚。

功率放大器的方框圖

2.運算放大器

運算放大器，簡稱運放，是一種具有較強放大作用的電路單元，經常與反饋網絡相結合組成某種功能模塊作用于電路中。隨著電子技術的不斷進步，已衍生出各種不同的種類，廣泛應用于電子行業中。

運算放大器包含兩個輸入端（同相輸入端和反相輸入端，也成為倒向輸入端和非倒向輸入端）和一個輸出端，為區別兩輸入端，將同相輸入端用“+”標明，將反相輸入端用“-”標明，但應注意，此處的“+”和“-”僅用于標識，并不代表其正負極性。

運算放大器具有雙電源和單電源兩種供電方式，對于采用雙電源供電的運放而言，其輸出值允許在零電壓上下變化，差動輸入電壓為零時也可將輸出置零；而對于采用單電源供電的運放而言，其輸出值僅允許在電源與地之間的某范圍內進行變化。