音频放大电路_【科普帖】放大器工作原理

我们周围实际上有很多放大器。你可以在电视&＃xff0c;电脑&＃xff0c;便携式CD播放器和大多数其他使用扬声器产生声音的设备中找到它们。
放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置&＃xff0c;由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。

声音是一种迷人的现象。当某些东西在大气中振动时&＃xff0c;它会将空气颗粒移动到它周围。这些空气颗粒反过来使空气颗粒在它们周围移动&＃xff0c;通过空气传递振动脉冲。
我们的耳朵会发现气压的这些波动并将它们转化为大脑可以处理的电信号。电子音响设备的工作方式基本相同。它将声音表示为变化的电流。
从广义上讲&＃xff0c;这种声音再现有三个步骤&＃xff1a;
声波来回移动麦克风振膜&＃xff0c;麦克风将此移动转换为电信号。电信号波动以表示声波的压缩和稀疏。
记录器将这种电信号编码为某种介质中的图案 - 例如磁带上的磁脉冲&＃xff0c;或记录中的凹槽。
播放器&＃xff08;例如磁带卡座&＃xff09;将此模式重新解释为电信号&＃xff0c;并使用此电力来回移动扬声器锥体。这重新产生了麦克风最初记录的气压波动。

该系统中的所有主要组件都是翻译器&＃xff1a;它们以一种形式接收信号并将其放入另一种形式。
最后&＃xff0c;声音信号被转换回其原始形式&＃xff0c;即物理声波。为了记录声波中的所有微小压力波动&＃xff0c;麦克风振膜必须非常灵敏。

这意味着它非常薄并且只移动很短的距离。因此&＃xff0c;麦克风产生相当小的电流。
这对于过程中的大多数阶段来说都很好 - 例如&＃xff0c;它足够强大&＃xff0c;可以在录像机中使用&＃xff0c;并且很容易通过电线传输。但是这个过程的最后一步 - 来回推动扬声器锥体 - 更加困难。要做到这一点&＃xff0c;需要增强音频信号&＃xff0c;使其具有更大的电流&＃xff0c;同时保持相同的电荷波动模式。这是放大器的工作。它只是产生一个更强大的音频信号版本。

放大器可以是非常复杂的设备&＃xff0c;具有数百个小块&＃xff0c;但可以通过检查最基本的组件来清楚地了解放大器的工作原理。放大器的工作是采用弱音频信号并将其增强以产生足以驱动扬声器的强大信号。实际上&＃xff0c;放大器根据输入信号产生一个全新的输出信号。

可以将这些信号理解为两个独立的电路。该输出电路是由放大器的产生电源&＃xff0c;其从吸收能量电池或电源插座。
如果放大器由家用交流电供电&＃xff0c;其中电荷流改变方向&＃xff0c;则电源将其转换为直流电&＃xff0c;其中电荷总是以相同的方向流动。电源还可以平滑电流&＃xff0c;以产生绝对均匀&＃xff0c;不间断的信号。输出电路的负载&＃xff08;它所做的工作&＃xff09;正在移动扬声器锥体。
所述输入电路是记录在磁带上或从麦克风中运行的电音频信号。它的负载正在修改输出电路。它对输出电路施加变化的电阻&＃xff0c;以重新产生原始音频信号的电压波动。
在大多数放大器中&＃xff0c;这种负载对原始音频信号来说太多了。
由于这个原因&＃xff0c;该信号首先由一个升压前置放大器&＃xff0c;它发送一个更强的输出信号提供给功率放大器。

前置放大器的工作方式与放大器相同&＃xff1a;输入电路对电源产生的输出电路施加不同的电阻。
一些放大器系统使用多个前置放大器逐渐建立高压输出信号。那么放大器是如何做到的呢&＃xff1f;放大器需要这种精心设置&＃xff0c;以确保正确和准确地表示音频信号的每个部分。高保真输出需要非常精确的控制。
放大器中的所有部件都很重要&＃xff0c;在放大器内部&＃xff0c;有大量的电子元件。只有少数元素对放大器的功能至关重要&＃xff0c;中心部分是大晶体管&＃xff0c;晶体管产生大量热量&＃xff0c;这些热量由散热器消散。

电子元件大多数放大器核心部件是晶体管。晶体管中的主要元素是半导体&＃xff0c;具有不同传导电流能力的材料。
通常&＃xff0c;半导体由诸如硅的不良导体制成&＃xff0c;其具有添加到其中的杂质&＃xff08;另一种材料的原子&＃xff09;。添加杂质的过程称为掺杂。
在纯硅中&＃xff0c;所有的硅原子都与它们的邻居完美结合&＃xff0c;没有留下自由电子来传导电流。在掺杂的硅中&＃xff0c;额外的原子会改变平衡&＃xff0c;要么添加自由电子&＃xff0c;要么在电子可以存在的地方产生空穴。当电子从一个孔移动到另一个孔时&＃xff0c;电荷移动&＃xff0c;因此这些添加中的任何一个将使材料更具导电性。
N型半导体的特征在于额外的电子&＃xff08;具有负电荷&＃xff09;。P型半导体具有大量额外的空穴&＃xff08;具有正电荷&＃xff09;。
来看一个围绕基本双极结晶体管构建的放大器。这种晶体管由三个半导体层组成 - 在这种情况下&＃xff0c;夹在两个n型半导体之间的p 型半导体。这种结构最好用条形表示&＃xff0c;如下图所示&＃xff08;现代晶体管的实际设计略有不同&＃xff09;。

n型层称为发射极&＃xff0c;p型层称为基极&＃xff0c;第二个n型层称为集电极。所述输出电路&＃xff08;即驱动扬声器的电路&＃xff09;连接到在晶第一个体管的发射极和集电极的电极。输入电路连接到发射极和基极。
n型层中的自由电子自然希望填充p型层中的空穴。有比空穴更多的自由电子&＃xff0c;因此空穴填充得非常快。这在n型材料和p型材料之间的边界处产生耗尽区。在耗尽区中&＃xff0c;半导体材料返回到其原始的绝缘状态 - 所有的孔都被填充&＃xff0c;因此没有自由电子或空间用于电子&＃xff0c;并且电荷不能流动。当耗尽区很厚时&＃xff0c;即使两个电极之间存在强电压差&＃xff0c;也很少有电荷从发射极移动到集电极。
我们可以采取哪些措施来改变这种情况。
提升电压
当耗尽区很厚时&＃xff0c;可以提高基极上的电压。该电极的电压直接受输入电流控制。当输入电流流动时&＃xff0c;基极具有相对正电荷&＃xff0c;因此它从发射极向其吸收电子。这释放了一些孔&＃xff0c;缩小了耗尽区。随着耗尽区减小&＃xff0c;电荷可以更容易地从发射极移动到集电极 - 晶体管变得更具导电性。耗尽区的尺寸以及晶体管的导电率由基极电压决定。以这种方式&＃xff0c;基极处的波动输入电流改变了集电极处的电流输出。此输出驱动扬声器。
像这样的单个晶体管代表放大器的一个“级”。典型的放大器将有几个升压级&＃xff0c;最后一级驱动扬声器。