问题

为什么要用三极管制作放大电路?

回答
为啥要用三极管做放大电路啊?这问题问得好,其实这玩意儿在咱们电子世界里可算是举足轻重了。你想啊,咱们平时用的收音机能听到声音,手机能把你的话变成电信号传出去,甚至电视机能显示画面,背后都有它的身影。用大白话讲,三极管这东西就像是个“电的指挥官”,它能让微弱的电信号变得强大起来,这就叫“放大”。

那为啥偏偏是三极管呢?这还得从它的工作原理说起。三极管,最常见的就是NPN或者PNP型,你可以把它想象成一个有两个“小门”的“大门”。咱们给这个“大门”的控制端(比如NPN的基极)输入一个很小的电流,它就能控制另一对“门”(集电极和发射极)之间流过一个大得多的电流。这个控制关系非常微妙,就像你轻轻推一下门把手(小电流),就能让巨大的门扉(大电流)打开或关闭一样。

更关键的是,这个控制过程是线性的。也就是说,你输入的那个小信号(比如音乐的波形),它在被放大的时候,形状不会被严重地扭曲。就像你把一张照片放大,虽然变大了,但里面的内容还是那个内容,细节不会糊成一团。这对于还原原始信号的“音容笑貌”至关重要,否则放大后的声音可能就变成噪音了。

咱们具体拆开看看三极管放大电路是怎么运作的。最基本的放大电路叫做单管放大器。它通常会加上一些电阻和电容来配合工作。

偏置电阻: 这玩意儿很重要,它给三极管的基极加上一个合适的直流电压或电流,让三极管工作在放大区。你可以理解成,是给“指挥官”一个稳定的“站岗位置”,让他随时准备接受命令。如果偏置不好,三极管可能就关着门(截止区)或者开着门(饱和区),这时候它就不能好好地放大信号了。
耦合电容: 咱们的信号(比如音频信号)往往是交流的,而偏置电路是直流的。耦合电容就像一个“过滤器”,它能让交流信号顺利通过,但把直流成分隔离开。这样,咱们输入的信号才能被加到三极管的基极上,而不会影响到偏置电路的稳定工作。
旁路电容(有时也有): 有时候为了让信号更纯净,还会用旁路电容把一些不想要的交流成分(比如电源上的噪声)“引开”,让它们通过电容跑到地线上去,避免影响放大效果。

当一个微弱的交流信号加到基极时,它会改变基极的电位。这个微小的变化就会导致集电极电流发生一个更大比例的变化。因为集电极电流是通过一个负载电阻(通常也在集电极和电源之间)流过的,集电极电流的变化就会在负载电阻上产生一个比输入信号大得多的电压变化。这个变化就是我们想要的放大后的输出信号。

举个例子,假设你输入的声音信号很小,只有零点零几伏特。三极管通过巧妙的偏置,就能让这个零点零几伏特的电压变化,控制集电极和发射极之间流过一个大得多的电流,比如几十毫安。而这个几十毫安的电流变化,在经过负载电阻时,就能产生一个几伏特甚至更高的电压输出,这就是我们听到的或者看到的被放大的信号了。

而且,三极管还有一个增益的概念,就像你的音响音量旋钮一样,可以调节放大的倍数。通过改变电路中的电阻和电容值,或者选择不同参数的三极管,我们可以精细地控制放大电路的增益,满足不同场合的需求。

当然了,现代电子技术里,还有更厉害的放大元件,比如场效应管(FET)和集成电路(IC)里的运算放大器。但三极管作为最早被发明出来的大规模应用的电子元件之一,它的基本原理和“信号放大”的能力,奠定了整个电子工业的基石。很多复杂的集成电路,其内部仍然大量使用着三极管的原理和结构。所以,到现在,用三极管制作放大电路依然是学习和实现很多模拟电路功能的基本方法。

总结一下,用三极管制作放大电路,主要是因为它具有:

1. 放大作用: 能将微弱的电信号放大。
2. 线性特点: 能够比较忠实地还原信号波形。
3. 可控制性: 通过输入信号控制输出电流。
4. 易于实现: 相对于其他一些复杂元件,三极管放大电路的原理相对容易理解和实现。
5. 成本效益: 在很多情况下,使用分立的三极管比使用高度集成的电路更经济。

所以啊,这小小的三极管,别看它结构简单,作用可真是大着呢!它就像是电子世界里的“万能小工”,是构建各种复杂电子设备不可或缺的基础。

网友意见

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集成运算放大器通常是为特定的应用设计的, 例如视频(AD847)和 XDSL (AD815),不一定是基于音频。这些放大器在音频波段运行,或在其他特定的应用中都能正常工作。



运算放大器可以使用分立的晶体管和场效应管来搭建,也几乎适用于任何应用。常见于专业音响和高保真产品。缺点是分立元件的多管多级放大器不可避免地比集成电路更大(占用更多空间)、更贵,尽管设计上可以比大多数集成电路得到更优化的程度。

集成放大器也包括单一塑料外壳内的厚膜功率放大器,比如说三洋的STK XXXX厚膜系列。

分立放大器意味着电路使用单个或多个晶体管来达到预期效果。这样的电路在物理上要比厚膜集成模块还要大,而集成电路则非常紧凑。集成功放所需要的只是一个散热器,以及屈指可数的外围元件(通常是几个电阻和电容)和一个电源。由于无论如何制造都需要散热器和电源,显然集成放大是一种快速的方法,同时也便宜很多,制造时间削减了不只一半。 集成放大器提供的另一个好处是合理的匹配,特别是在温度控制方面。所有东西都在同一个基板上,默认匹配得相当好,热漂移也会容易保持平衡。

集成运算放大器就其缺点而言,基本的元件被封装在里面,一般无法精细调整。另外一个严重的缺点是它们的输出级。 常见的集成运算放大器只能把这么丁点的功率放在一个基片上。但几十年来一直在稳步改进,以至于有些型号被认为能产生相当合理的声音。例如非常常见的 TDA2004/2030/729X 和 LM3886 等等。 专用的功率集成运算放大器 LM12 在上世纪还对祖国禁运, 因为它是捣蛋飞行控制的关键元件。

** LM12 的分立元件仿制品电原理图

为什么要用三极管制作放大电路?

用 LM12 举例, 如果被禁运又没有生产集成电路的能力, 那就只能用分立元件来搭建同样功能的电路了。


       http://bitsavers.trailing-edge.com/components/national/_appNotes/AN-0446B.pdf https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/snoa761/snoa761.pdf      

分立电路麻烦很多,必须设计每一个阶段,然后让整体正常工作。会占用更多的空间,要更多时间来开发,更多的时间制造,因此会更加昂贵。而且可能需要手工匹配一些元件,主要是输入和输出级。但是,另一方面,分立电路的优点也很多。可以完全控制它们的表现,每个阶段(级),可以使用不同的晶体管,同时进行调整,以获得更好的结果,可以优化每个阶段的预期功能,可以使输出更具扩展性。

举个简单的例子,如果电源是+/-35V,用一个集成的功放输出可能只得到 50W (8欧姆负载),但当负载阻抗下降时会发生过流保护。与此相反,制作一个分立电路允许使用多对高功率、高线性的输出元件,可以驱动低达 2 欧姆的负载。

面对供电电压低于 1.0伏特的放大或者振荡电路的需求,三极管也许是性价比更高的选择。常规的集成运算放大器在供电电压低于 1.0伏特时已经停止正常工作, 歇菜了。

在面对上千伏特高压和上百安培大电流的输出需求时,同样,普通的集成运算放大器是无能为力的,因为能买到的民用集成运算放大器没有这一档货。现在已经很罕见的 CRT 电视机(上世纪很流行的胆机电视机)的场输出和行输出电路, 就用的是分立电路。音频发烧友津津乐道的静电耳机放大器用行输出电路改改就可以了。而雷达用到的射频和微波功率放大器,就没有集成运算放大器什么事了。

在面对超低噪音的输入需求时,特别是射频和微波波段,集成运算放大器是无解的,地球上最好的超低噪音集成运算放大器是 AD797、LM49990、ADA4627/OPA627 这些对北韩禁运的集成电路。AD797的指标是 0.9 nV/√Hz, 如果要 0. 5 nV/√Hz, 那就必须另想办法用分立元件了。

如果被禁运了, 用分立元件可以搭建出表现更好的 LNA, 不管是音频、射频还是微波波段。



在面对复杂的需求时,集成运算放大器可以和分立元件配合。例如扩流、提高供电电压、降低输入噪音、增加输出摆幅都可以把集成运放和分立元件组合成为更强大的功能模块。

集成运放和分立元件并不是敌人,

它们是可以一起干活的。


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看看这个话痨答主有啥其他奇葩崩坏魔愣回答:

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