Computing Life

本文是《音频碎碎念系列》系列的一部分：

• 音频碎碎念（一）—— HiFi科学派
• 音频碎碎念（二）—— 响度的玄学
• 音频碎碎念（三）—— 频率的玄学
• 音频碎碎念（四）—— 线材的玄学
• 音频碎碎念（五）—— 听音环境
• 音频碎碎念（六）—— 模电
• 音频碎碎念（七）—— 放大器（本文）
• 音频碎碎念（八）—— 放大器输出级
• 音频碎碎念（⑨）—— D类放大器
• 音频碎碎念（十）—— 地狱听音环境实操

今天主要学习了（固态）放大器，就是一般说的石机。感慨一下国外的教材写得真的是太好了，我当时学模电的时候，看到课本上来就讲理想运算放大器，一脸懵逼：我是谁？这是什么？我为什么要学这个？为什么要无限增益？这有什么用？然后看了国外的教材，终于理解为什么要有运算放大器这个东西了。一些笔记：

1. 石机的核心组件是晶体管。晶体管有一些自己的特性，但在小信号下这些特性可以用一个非常简单的电路来等效，就是混合pi模型。这给电路分析带来很多便利。晶体管本身就可以当做放大器。它有三个端口，可以瞎jb连来实现不同的目标。比如共发射极可以放大电压；共集电极可以放大电流，放大阻抗；共基极可以隔绝输入和输出。但这些放大器都有比较大的失真，主要来自厄利效应，密勒效应，晶体管的电流增益随信号频率改变等。
2. 之前线材的玄学里面也提到，一种有效抗电磁干扰的方法就是用差分放大器，构成平衡电路。可以用两个晶体管构成一个简单的平衡电路。它放大的是正负极之间的电压差值。这个电路的特性是，如果正负极的电压同时上升，比如受到干扰了，输出电压不变（共模抑制）。它还有一个用途是实现减法。比如可以正极输入信号，负极输入一个纠正信号。这样输出放大的是输入信号和纠正信号的差。
3. 在差分放大器的基础上就可以引入控制论的思想构建负反馈电路了。它的基本思路是，失真就是增益随着某些因素而改变。那如果想要构造一个失真小的放大器，我就一直盯着增益。如果有偏差，我就通过一些反馈来改变电路，来让它的增益回到设计值。具体地说，负反馈电路就是把原始放大器A的输出V，用两个电阻串联降压到b*V（b是个参数，比如0.05），然后扔到A这个差分放大器的负输入上去。但这种电路相对难分析，需要用input referred feedback analysis来从输出倒推输入。在这个基础上，人们发现这个负反馈电路可以构成一个性能更好的放大器，但这个放大器的增益其实跟A的增益关系不大，而主要是b决定的。A的增益越大，整体的增益越接近1/b。所以为了电路分析简便，人们需要一个增益无穷大的差分放大器来实现这个负反馈放大器。因为一些其他的分析原因，我们还需要输入阻抗为无穷大，输出阻抗为0等等。这个就是理想运算放大器。运算放大器不是作为一个放大器单独使用的，而是作为负反馈电路的一个组成部分使用的。
4. 从第一点里面，我们就可以攒一个最简单的运算放大器。比如用共发射级的放大电路级连来大幅放大电压，接上一个共集电极的放大电路来放大输入阻抗，再加个差分结构。就是一个设计雏形。至于更复杂的运放设计，就需要根据目标参数来改进了。