2.1　放大电路概述

2.1.1　放大电路的基本概念

放大电路组成框图如图2-3所示。图中信号源是所需放大的电信号，它可由将非电信号物理量变换为电信号的换能器提供，也可是前一级电子电路的输出信号，但它们都可等效为图2-4所示的放大电路等效电路。

负载是接受放大电路输出信号的元件（或电路），它可由将非电信号的输出换能器构成，也可是下一级电子电路的输入电阻，一般情况下它们都可等效为一个纯电阻R_L（实际上它不可能为纯电阻，可能是容性阻抗，也可能是感性阻抗，但为了分析问题方便起见，一般都把负载用一纯电阻R_L来等效）。

信号源和负载不是放大电路的本体，但由于实际电路中信号源内阻R_s及负载电阻R_L不是定值，因此它们都会对放大电路的工作产生一定的影响，特别是它们与放大电路之间的连接方式（称耦合方式），将会直接影响到放大电路的正常工作。

直流电源用以供给放大电路工作时所需要的能量，其中一部分能量转变为输出信号输出，还有一部分能量消耗在放大电路中的电阻、器件等耗能元器件中。

基本放大电路一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路。输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。

必须要指出，放大电路的放大作用是针对变化量而言的，是在输入信号的作用下，利用有源器件的控制作用，将直流电源提供的部分能量转换为与输入信号成比例的输出信号。因此，放大电路实质上是一个受输入信号控制的能量转换器。

按用途不同，放大电路有电压、电流、功率放大电路之分，其中电压和功率放大电路最常用。输入信号很小，要求获得不失真足够大输出电压的电路称为电压放大电路，也称为小信号放大电路；输入信号比较大，要求输出足够功率的电路称为功率放大电路，也称为大信号放大电路。

无论基本放大电路为何种组态，构成电路的主要目的是相同的：让输入的微弱小信号通过放大电路后，输出时其信号幅度显著增强。

需要理解的是，输入的微弱小信号通过放大电路，输出时幅度得到较大增强，并非来自于晶体管的电流放大作用，其能量的提供来自于放大电路中的直流电源。晶体管在放大电路中实现的对能量的控制，是指转换信号能量，并传递给负载。因此放大电路组成的原则首先是必须有直流电源，而且电源的设置应保证晶体管工作在线性放大电路状态。其次，放大电路中各元件的参数和安排上，要保证被传输信号能够从放大电路的输入端尽量不衰减地输出，在信号传输的过程中能够不失真地放大，最后经放大电路输出端输出，并且满足放大电路的性能指标要求。

综上所述，放大电路必须具备以下条件。

① 保证放大电路的核心元件晶体管工作在放大电路状态，及要求其发射结正偏，集电结反偏。

② 输入回路的设置应当是输入信号耦合到晶体管的输入电极，并形成变化的基极电流 i_B，进而产生晶体管的电流控制关系，变成集电极电流 i_C的变化。

③ 输出回路的设置应当保证晶体管放大后的电流信号转换成负载需要的电压形式。

④ 信号通过放大电路时不允许失真。

2.1.2　放大电路的主要性能指标

一个放大电路性能如何，可以用许多性能指标来衡量。为了说明各指标的含义，将放大电路用图2-4所示有源线性四端网络表示， R_s为信号源内阻，u_s为信号源电压，因此放大电路的输入电压和电流分别为和。放大电路的输出端，接实际负载电阻R_L，、分别为放大电路的输出电压和输出电流。图中电压、电流参考方向符合四端网络的一般约定。

放大电路的主要性能指标有放大倍数、输入电阻、输出电阻等，现根据图2-4说明。

1.放大倍数

输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数，它们通常都是按正弦量定义的，其中电压放大倍数应用最多。

放大电路的输出电压与输入电压之比，称为电压放大倍数，即

　　（2-1）

放大电路的输出电流与输入电流之比，称为电流放大倍数，即

　　（2-2）

放大电路的输出功率P_o与输入功率P_i之比，称为功率放大倍数A_P，即

　　（2-3）

工程上常用分贝（dB）来表示放大倍数，称为增益，它们的定义分别为

电压增益

　　（2-4）

电流增益

　　（2-5）

功率增益

A_P（dB）=20lgA_P　　（2-6）

2. 输入电阻R_i

放大电路输出端接实际负载电阻R_L后，从输入端向放大电路内看进去的等效动态电阻，称为输入电阻，它等于放大电路输入电压与输入电流之比，即

　　（2-7）

对于信号源来说，R_i就是它的等效负载，如图2-5所示，由图可得

（2-8）

输入电阻是衡量放大电路从其前级取用电流大小的参数，反映了放大电路对信号源的影响程度。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。可见：R_i越大，就越小，就越接近。

3. 输出电阻R_o

放大电路输入信号源电压短路（即），保留R_s，负载R_L开路时，由输出端向放大电路看进去的等效动态电阻R_o，称为输出电阻，如图2-6（a）所示。在输出端接入一信号源电压，如图2-6（b）所示，求出由产生的电流，则可得到放大电路的输出电阻为

　　（2-9）

放大电路对其负载而言，相当于信号源，如图2-6（b）所示。图中为等效信号源电压，它等于负载R_L开路时，放大电路2-2'端的输出电压。R_o为等效信号源的内阻，即放大电路输出电阻。由于R_o的存在，放大电路实际输出电压为

　　（2-10）

由此公式可见，R_o越小，输出电压u_o受负载R_L的影响就越小，若R_o=0，则，它的大小将不受R_L大小的影响，称为恒压输出。当R_L≪R_o时即可得到恒流输出。因此，R_o的大小反映了放大电路带负载能力的大小。由式（2-10）可得放大电路输出电阻的关系为

　　（2-11）

必须指出，以上讨论的放大电路输入电阻和输出电阻不是直流电阻，而是在线性运用情况下的动态电阻，用符号R带有小写字母下标i和o表示，同时，在一般情况下，放大电路的R_i和R_o不仅与电路参数有关，还与R_L与R_s有关。

4.通频带与频率失真

放大电路中通常含有电抗元件（外接的或有源放大器件内部寄生的），它们的电抗值与信号频率有关，这就使放大电路对于不同频率的输入信号有着不同的放大能力，且产生不同的相移，放大电路的放大倍数是信号频率的函数。放大倍数的大小与信号频率的关系，称为幅频特性；放大倍数的相移与信号频率的关系，称为相频特性。幅频特性与相频特性总称为放大电路的频率特性或频率响应。图2-7（a）所示为放大电路的典型幅频特性曲线，图2-7（b）所示为放大电路的相频特性曲线。一般情况下，在中频段的放大倍数不变，用A_um表示，在低频段和高频段放大倍数都将下降，当下降到时的低端频率和高端频率，称为放大电路的下限频率和上限频率，分别用f_L和f_H表示。f_L和f_H之间的频率范围称为放大电路的通频带，用BW表示，即

BW=f_H-f_L　　（2-12）

放大电路所需的通频带由输入信号的频带来确定，为了不失真地放大信号，要求放大电路的通频带应大于信号的频带。如果放大电路的通频带小于信号的频带，由于信号低频段或高频段的放大倍数下降过多，放大后的信号不能重现原来的形状，也就是输出信号产生了失真。这种失真称为放大电路的频率失真，由于它是线性的电抗元件引起的，在输出信号中并不产生新的频率成分，仅是原有各频率分量的相对大小和相位发生了变化，故这种失真是一种线性失真。

放大电路除了上述指标外，针对不同的使用场合，还可提出一些其他指标，如非线性。