放大器

有源器件的实际好处

有源设备的实际好处是它们的放大 能力。无论所讨论的设备是电压控制的还是电流控制的，控制信号所需的功率量通常远小于受控电流中可用的功率量。换句话说，有源器件不仅仅让电来控制电；它允许一个小 控制大的电量 电量。

由于控制之间的这种差异 和控制 功率，有源设备可用于通过应用少量功率（控制）来管理大量功率（控制）。这种行为被称为放大 .

机器能量守恒定律

能量既不能被创造也不能被消灭，这是物理学的基本规则。正式地说，这条规则被称为能量守恒定律，迄今为止还没有发现任何例外。如果这个定律是真的——而且大量的实验数据表明它是真的——那么就不可能制造出一种能够吸收少量能量并神奇地将其转化为大量能量的装置。所有机器，包括电气和电子电路，都具有 100% 的效率上限。充其量，电源输出等于电源输入，如下图所示。

机器的输出功率可以接近但不能超过以100%效率为上限的输入功率。

通常，机器甚至无法满足这个限制，以热量的形式损失一些输入能量，热量辐射到周围空间，因此不是输出能量流的一部分。 （下图）

现实机器在将其转化为输出能量流的过程中，通常会以热量的形式损失一些输入能量。

永动机

许多人曾尝试设计和制造输出功率大于吸收功率的机器，但没有成功。这样的永动机不仅会 机器证明，能量守恒定律终究不是定律，但它将迎来一场世界前所未见的技术革命，因为它可以循环供电，“免费”产生多余的电力。 （下图）

假想的“永动机”给自己提供动力？

尽管付出了很多努力，并且有许多关于“自由能源”或过度统一的不道德主张 机器，从来没有人通过过用自己的能量输出为自己供电并产生备用能量的简单测试。

放大器

然而，确实存在一类被称为放大器的机器 ，它能够接收小功率信号并输出​​更大功率的信号。理解放大器如何在不违反能量守恒定律的情况下存在的关键在于有源器件的行为。

因为有源设备能够控制 大量的电力和少量的电力，它们可以布置在电路中，以从外部电源提供的大量电力复制输入信号电力的形式。结果是一种设备似乎可以神奇地将小电信号（通常是交流电压波形）的功率放大为更大幅度的相同形状的波形。

不违反能量守恒定律，因为额外的电力是由外部电源提供的，通常是直流电池或等效物。放大器既不产生也不破坏能量，只是将其重塑为如下图所示的所需波形。

虽然放大器可以将小输入信号放大为大输出，但其能源是外部电源。

换句话说，有源器件的电流控制行为被用来塑造 来自外部电源的直流电源转换为与输入信号相同的波形，产生形状相似但功率幅度不同（更大）的输出信号。放大器内的晶体管或其他有源器件只是形成一个更大的副本 从电池或其他电源提供的“原始”直流电源中提取输入信号波形。

放大器的局限性

与所有机器一样，放大器的效率上限为 100%。通常，电子放大器的效率远低于此，会以废热的形式耗散大量能量。由于放大器的效率始终为 100% 或更低，因此永远无法使放大器具有“永动机”的功能。

对外部电源的要求对于所有类型的放大器（电气的和非电气的）都是通用的。非电子放大系统的一个常见例子是汽车中的动力转向，在转动方向盘以移动汽车前轮时放大驾驶员手臂的力量。放大所需的动力来源来自发动机。控制驾驶员“输入信号”的主动装置是一个液压阀，它将流体动力从连接到发动机的泵传送到辅助车轮运动的液压活塞。如果发动机停止运转，放大系统无法放大驾驶员的手臂力量，汽车变得非常难以转弯。

相关工作表：

• 基本放大器理论工作表