1-0 放大电路常用的电子元件（导论）

1-0 放大电路常用的电子元件（导论）

        放大电路为什么可以将电信号放大呢？回顾我们中学时期学的电子元器件，似乎没有一个能够达到这样的效果。好在在大学学习电路的时候，我们学习到了这样一种器件，叫做受控电流（电压）源。以流控电流源为例，如果我们把一个电信号加在控制电流源的电阻上，那么该电流源就可以输出加在该电阻上β倍的电流（如图1-1所示）。图中I1即为受控电流源，放大倍数为20倍。如果换成交流源，这个受控电流源输出的信号也可以在频率和波形上与原电信号保持一致。这个输出的信号和我们之前希望通过放大电路得到的信号完全一致。因此，这个受控电流源，就是我们希望使用到的电子元件。

        这个理想的受控电流源在现实中是什么电子元件呢？这个就是我们放大电路中最常用的元件之一——三极管（BJT）。对于三级管具体的工作原理，在导论部分不会细讲，但是为了提前满足大家的好奇心，这里会先讲一下三级管的特性，以及它是如何放大电流的。

        三级管的电子元件图如图1-2所示。

        可以看到，一个普通三级管具有三个端子，分别是集电极，基级和发射级。发射级通常做输出端，输出电流。输出的电流我们通常用Ie表示。而基级和集电极，这两个端子均为三极管的输入端。也就是说，发射级输出的电流Ie实际上受到两个自变量的控制。我们通常取这两个自变量为基级流入三极管的电流Ib,和集电极、发射级之间的电压Uce。

        三级管Ic与Uce和Ib的关系如图1-3所示。

        图中，每一条曲线都是当基极电流Ib保持在某个值的时候，集电极、发射级之间的电压Uce和发射级电流Ic的关系。我们可以看到，无论Ib的大小固定为多少，且电压Uce增大到一定程度的时候，Uce和Ic的关系曲线都可以近似地看成是一条与横轴平行的平行线。并且这些平行线之间的距离，当Ib的变化量在一定范围内（如图1-3中20uA到60uA，变化40uA的范围内），平行线之间的距离和它们所对应的Ib的大小之间的差值成正比（如图1-4所示）

        而这些平行线之间的距离实际上就代表着Ib的变化所引起的Ic的变化。可以看到，Ib变化所造成的Ic的变化是Ib的变化本身的数倍，就像图1-4中一样。40uA到60uA时，Ib仅仅变化了20uA，Ic就变化了约0.5mA，将近25倍。

        上述两段对三极管性质的分析的重点，可以简单概括为当Uce足够大，Ib初始值不低，且Ib变化在一定范围内时。Ib变化的大小和其所引起的Ic的变化的大小近似成正比。这个比值ΔIc/ΔIb我们通常叫做β+1（为什么是β+1而不是简单叫做β之后会解释）。其大小通常为几十，甚至上百。

        利用ΔIc/ΔIb在特定条件下为常数的这个性质。我们可以把发射级电流的变化量ΔIc，看做是由ΔIb做控制电流，再由该ΔIb对应的流控电流源输出的。这与第一段我们希望得到的流控电流源完全一致（如图1-5所示）。

现在来联系具体的扩音器，说明为什么利用这个就能将声音放大。

        当我们给一个扩音器通电时，即使我们没有对着扩音器讲话，扩音器的扬声器上的线圈也依然有电流流过，线圈也依然受到安培力。可是，我们扩音器发声实际上依靠的是振动，振动是由变化的力引起的。变化的力就意味着需要的是变化的电流。如果我们把Ic接在扬声器的线圈上，实际上我们真正需要用来发声的是 ΔIc。同理，在输入时我们说话所带动振动的线圈也不是一开始没有电流流过，而是流有Ib的电流。我们说话带动线圈产生电动势也只会使得Ib在原来的基础上加上ΔIb。

        简而言之，我们扩音器实际上这种需要的是ΔIc，而我们输入的也只是ΔIb。其实按照我们上面对三级管的性质的分析来看，我们其实只需要将Ib接入到三级管的基极，Ic接入到扬声器就可以实现放大了。（如图1-6所示）

        然而，具体的电路怎么设计呢?如果真的直接按照上面的这种接法，会不会有什么缺点呢？之后的学习中我会再进一步讲解。（可能有点后）