音频电压放大器

话筒式收音机里的检波器，输出的音频信号都很小，不能直接推动扬声器发出响亮的声音，因此需要用放大器把它们放大。这种用来放大音频信号的放大器，通常称为音频放大器。为了使扬声器发出响亮的声音，放大器中和扬声器相联的一级，必须输出足够大的功率。因而这一级称为音频功率放大器。另一方面，为了使功率放大器正常地工作，必须在放大器电子管的栅极加有足够大的信号电压（通常为3～15伏）。而一般信号源的输出电压要低得多，例如拾音器和简单收音机检波器的输出电压为零点几伏，话筒的输出电压只有几个毫伏。因此，在功率放大器以前，还需要加一级或几级音频放大器，来把信号电压放大到所需的数值。这样的放大器称为音频电压放大器。它的主要任务是放大信号电压，而不一定要输出大的功率。

对于一个放大器，不仅要求它能把电压放大或输出足够的功率，而且要求它的失真小。什么是失真呢？我们拿照镜子来作个比方。如果镜子的质量不好，那么镜子里照出来的样子就会和原来不一样。不是脸的轮廓变了，就是颜色变了。放大器的失真和这很相似，假如用一个质量不高的放大器，放大后的信号的形状常常就和原来的信号不同，走了样子。这种情况通常就叫做失真。失真会使扬声器发出的声音变得难听或含糊不清。所以要求放大器的失真尽可能小。

音频电压放大器的电路很多，其中最常用的就是图1中所示的阻容偶合放大器。这个电路的构造很简单，只需要用一个电子管和一些价格很便宜的普通元件（电阻和电容），而且放大的特性很好。它用一个普通的电阻R\(_{a}\)作为负载，Ra的数值一般在100千欧～500千欧的范围内。

需要放大的交变信号μ\(_{g1}\)加在电子管Лl的控制栅上。在它的作用下，电子管的屏流发生脉动。这个脉动屏流的交变分量流经屏极负载电阻R\(_{a}\)，在Ra上产生一个放大了的交变电压U\(_{a～}\)。而Ua～就通过C\(_{g}\)、Rg所组成的偶合电路送到下一个电子管Л\(_{2}\)的栅极上去。

C\(_{g}\)有什么用呢？能不能不要Cg而直接把Л\(_{1}\)的屏极和下一个电子管Л2的栅极连接起来呢？这是绝对不许可的。因为放大器电子管的屏极上有一个很高的直流电压U\(_{a}\)0，等于电源电压Ea减去R\(_{a}\)上的直流电压降。这个电压至少有几十伏，如果把它直接加到Л2的栅极上，就会把Л\(_{2}\)烧坏。Cg的作用在于将下一个电子管的栅极和Л\(_{l}\)屏极上的直流高压隔开，而只使Л1屏压中的交变分量U\(_{a}\)～通过，加到Л2的栅极上去。因此C\(_{g}\)称为隔直流电容器。Cg的电容量应该足够大，使得它对交变信号而言的阻抗很小，这样U\(_{a～}\)才能畅通无阻地通过它加到下个电子管的栅极上。在普通的音频放大器中，Cg一般在0.01微法到0.1微法的范围内。

除了C\(_{g}\)以外，图1的Rg也是不可缺少的。在电子管的阴极发出来的电子中间，有少量的电子具有很大的速度。即使栅极上加有负电压，这些速度很大的电子有时也会克服栅极的排斥作用撞到栅极上去。如果没有一个R\(_{g}\),那么撞到Л2栅极上的电子将由于无路可走而堆积在栅极上，使栅极带很强的负电，以致完全阻止电子飞向屏极而使电子管Л\(_{2}\)失去放大作用。Rg的作用就是使这些撞到Л\(_{2}\)栅极上的电子可以通过它回到阴极，而不再堆积在栅极上，影响Л2的正常工作。因此R\(_{g}\)称为栅漏电阻，它的数值一般在几千欧到2兆欧的范围内。如果Rg太小，它对电子管Л\(_{1}\)的负载电阻Ra的分路作用就很大，使Л\(_{1}\)的放大倍数降低。同时，Rg是和C\(_{g}\)组成一个分压器，如果Rg的电阻不能比C\(_{g}\)的阻抗大很多倍，那么，Ra上被放大的交流信号电压就会有较大的一部分降落在C\(_{g}\)上，实际加到下一级栅极上的交变电压就要减小。但是，如果Rg的数值太大，电子从栅极泄漏到阻极就比较困难，这也是不妥当的。

C\(_{k}\)、Rk是用来产生负栅偏压的。电子管屏流的直流分量I\(_{a}\)0流过阴极电阻Rk，在R\(_{k}\)上产生一个大小为Ia0R\(_{k}\)的直流电压，其方向如图2所示。这样就给电子管栅极加了一个大小为Ia0R\(_{k}\)的负偏压。阴极旁路电容Ck的作用是旁路屏流的交流分量，使它不会在R\(_{k}\)上产生交流电压降。为此，要求Ck的电容量要大，因为电容越大，对交流分量的阻抗就越小。C\(_{k}\)对音频电流的阻抗必须比Rk的阻值小得多，才能起较大的旁路作用。

频率特性表示放大器的放大倍数K和频率f的关系。由于放大器中有些元件（如电容器）的阻抗随频率而变，因此使得放大器的放大倍数在不同的频率时也不一样。阻容偶合放大器的典型的频率特性曲线如图3所示。从图中可以看出，频率特性的中间部分（从f\(_{3}\)到f4）基本上是一条水平直线，这说明在这一段频率中（通常称为中频），放大倍数差不多和频率没有关系。当频率比f\(_{4}\)更高或比f3更低时，放大倍数却要减小。

图4是放大器在频率比较低时的交流等效电路。从这个电路中不难发现，使放大倍数在低频时减小的因素是C\(_{g}\)和Rg。由于C\(_{g}\)的电容比较大，在中频时，电容器的阻抗要比Rg小得多，这时交流电压U\(_{a～}\)差不多全部都降在Rg上，因而输出电压U\(_{g2}\)= Ua～。可是随着频率的降低，C\(_{g}\)的阻抗渐渐增大了，由于分压的关系，Rg上分得的电压U\(_{g2}\)就减小，因此放大倍效K＝Ug2U\(_{g1}\)也就小了。这样，频率越低，Cg的阻抗越大，放大倍数K就越小。

在频率很高时，C\(_{g}\)的影响很小了，那么放大倍数为什么又会减小呢？这主要是电路的一些寄生电容在作怪。电子管的阴极和屏极之间，阴极和栅极之间，电路的接线、元件和底板之间都有着容量很小的寄生电容。对于频率较高的交变信号来说，这些电容都和电阻Ra、R\(_{g}\)相并联，一起成为电子管的屏极交流负载，如图5中放大器在高频时的等效电路所示。图中C0是这些寄生电容的总和。原来电路中的隔直流电容C\(_{g}\)由于容量很大，对于较高频率的阻抗极小，近于短路，所以在图中把a、g两点直接连接起来。由于C0很小，一般只有几十微法，因此它在中频时的阻抗很大，对放大倍数没有什么影响，可是随着频率的升高，C\(_{O}\)的阻抗减小，从而使电子管的交流负载阻抗减小。这样，屏流的交流分量Ia2流过负载时所产生交流压降U\(_{a～}\)就减小了，因而放大倍数K也就减小。频率越高，C0的阻抗就越小，而放大倍数也就越小。

由于放大倍数随频率而变，因此通常谈到的放大倍数大都是指中频时的放大倍数K\(_{0}\)。在中步时，电容Cg、C\(_{0}\)的影响很小，而电子管的交流负载就等于Ra和R\(_{g}\)的并联阻值Rac，如图6所示。因此中频放大倍数等于

放大倍数减小为0.7K\(_{0}\)的频率f1和f\(_{2}\)之间的一段频带，通称为放大器的“通频带”，如图3所示。

放大倍数随频率而变化会使被放大的信号产生失真。因为放大器所放大的信号常常不只包含一个频率而是同时包含许多频率。像一首乐曲中，常常既有频率比较高的小提琴的声音，也有频率低的鼓声。假如放大器在低频时放大倍数很小，那么经过放大后，音乐中的鼓声就很弱（见图7a）。反之，如果高频时的放大倍数小，那末小提琴的声音就听不见了（见图7b），这样就使放大后的乐曲走样了。这种失真叫做频率失真。为了使频率失真小，就要求放大器的频率特性很好，有足够宽的通频带，能使所放大信号的一切频率分量都得到相同的放大（参看图7c）。对一个普通的音频放大器来说，通频带从50赫～6000赫左右就足够了。

在阻容偶合放大器中，为了得到大的电压放大倍数，通常采用高μ的双三极管或低频五极管如6H2П，6SJ7等。 (莫愁)