電壓放大器(VoltageAmplifier)是提高信號電壓的裝置。對弱信號,常用多級放大,級聯方式分直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合,要求放大倍數高、頻率響應平坦、失真小。當負載為諧振電路或耦合回路時,要求在指定頻率范圍內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:
(1)傳感器輸出信號為電荷;
(2)是具有深度負反饋的高增益放大器,實質是一個電流\電壓轉換器;
(3)不容易引入現場干擾信號,電路受連接電纜長度變化的影響不大,幾乎可忽略不計,可用于壓電式傳感器遠距離傳輸放大;
(4)可對靜態壓力進行有效測量;
(5)頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結構簡單、工作可靠和重量輕。
放大器的電路構成
電壓放大器的核心是處于放大狀態的三極管,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給發射結提供正偏;VCC給集電結提供反偏。
如果流經Rb的電流Ib適當,使經過放大的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,也是不現實的。因此我們設法將兩個電源合并使用,放棄電源VBB,利用電源VCC經過電阻Rb產生Ib,給發射結提供正偏,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,形成電壓負反饋,穩定工作點,如圖3(c)所示。通常在畫電路圖時,因為直流電源VCC許多地方公用,一般可以不畫,標VCC即可,如(c)所示。
需要放大的小電壓信號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電容C1,如圖4所示,C1稱作“輸入耦合電容”。電容的一個重要特性就是“隔直通交”,它能隔斷直流,但允許交流通過。普通信號都是由一系列交流信號組合而成的,所以小電壓信號可以通過耦合電容到達三極管的基極。
輸入的電壓信號到達基極,將使基極電位在原來確定的直流偏壓基礎上發生變化,從而使基極電流隨之發生變化。如果輸入信號很小,那么基極電流的變化規律與輸入電壓的變化規律是基 本相同的。(即不出現非線性 失真)基極電流的變化將引起集電極 電流的相應變化,而集電極電 流的變化量是基極電流變化量 的B 倍,這就實現了信號電流 的放大。
電壓放大器的基本工作原理
當信號尚未接入時,三極管三個電極的電流、電壓狀態稱作靜態,也叫“靜態工作點”。一般只需求出集電極電流和集-射之間的電壓值即可。
需要放大的信號輸入后,是疊加在靜態工作點之上的,使靜態電流和電壓出現“變化”或“波動”,我們就稱它為“動態”。要了解放大器的工作原理,就要先了解靜態,再了解動態。下面以圖6電路為例來簡要解釋放大器是如何實現電壓放大的。
靜態:
如圖6,假設三極管是硅材料管,而且電流放大系數已經確定( B=50),使用6V直流電源供電。
圖6
動態:加入信號后,放大器各關鍵點的電壓、電流值會發生相應變化,這種變化就是“動態”,它是疊加在靜態之上的。
電壓放大器應用電路
圖是普及型收音機的低放電路。電路共3級,第1級(VT1)前置電壓放大,第2級(VT2)是推動級,第3級(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,使用低阻揚聲器。此外,VT1本級有并聯電壓負反饋(R1),T2次級經R3送回到VT2有串聯電壓負反饋。電路中C2的作用是增強高音區的負反饋,減弱高音以增強低音。R4、C4為去耦電路,C3為電源的濾波電容。整個電路簡單明了。