第3节 放大器 (修订中)
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# 1. 有源器件的实际好处
有源器件 (opens new window)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，有源设备不仅可以让电力控制电力，还可以让电力控制电力。它可以让_少量_的电量控制_大量_的电量。
由于控制_和_受控_功率之间的这种差异，有源设备可用于通过应用少量功率（控制）来管理大量功率（受控）。这种行为称为_放大。
# 2. 机器能量守恒定律
能量既不能被创造也不能被消灭，这是物理学的一个基本规则。正式地说，这条规则被称为能量守恒定律，迄今为止没有发现任何例外。如果这条定律是正确的——大量的实验数据表明它是正确的——那么就不可能制造出一种能够吸收少量能量并将其神奇地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。
机器的功率输出可以接近但永远不会超过以 100% 效率为上限的功率输入。
通常，机器甚至无法达到这个限制，以热量的形式损失一些输入能量，这些热量被辐射到周围空间，因此不是输出能量流的一部分。（下图）
现实机器在将其转换为输出能量流时，通常会损失一些输入能量作为热量。
# 3. 永动机
许多人试图设计和制造输出比吸收更多的机器，但没有成功。这样的_永动机_不仅可以证明能量守恒定律根本不是定律，而且会迎来一场世界前所未见的技术革命，因为它可以在循环中为自己供电，并“免费”产生多余的电力。（下图）
假想的“永动机”会自行供电？
尽管付出了很多努力，并且许多不择手段地声称“自由能源”或_过度统一的_机器，但没有人通过简单的测试，即用自己的能量输出为自己供电并产生备用能量。
# 4. 放大器
然而，确实存在一类称为_放大器_的机器，它们能够接收小功率信号并输出功率更大的信号。了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设备的行为。
由于有源器件具有用少量[电力](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct- (opens new window)
不违反能量守恒定律，因为额外的电源是由外部电源提供的，通常是直流电池或等效电源。放大器既不会产生也不会破坏能量，而只是将其重塑为所需的波形，如下图所示。
虽然放大器可以将小输入信号缩放为大输出，但其能源是外部电源。
换言之，有源器件的电流控制行为用于将来自外部电源的直流电_整形为与输入信号相同的波形，从而产生形状相似但功率幅度不同（更大）的输出信号。_放大器中的[晶体管或其他有源器件仅从](https://www.allaboutcircuits.com/video- (opens new window)
# 5. 放大器的局限性
与所有机器一样，放大器的效率最高限制为 100%。通常，电子放大器的效率远低于此，以废热的形式消耗大量能量。由于放大器的效率始终为 100% 或更低，因此永远无法将其用作“永动机”设备。
所有类型的放大器，无论是电气的还是非电气的，都需要外部电源。非电子放大系统的一个常见示例是汽车的动力转向系统，它放大驾驶员手臂转动方向盘以移动汽车前轮的力量。放大所需的动力源来自发动机。控制驾驶员“输入信号”的主动装置是一个液压阀，将流体动力从连接到发动机的泵传输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向。
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