2.2　放大電路的組成和主要性能指標

放大現象存在于各種場合，例如，利用放大鏡放大微小物體，這是光學中的放大；利用杠桿原理用小力移動重物，這是力學中的放大；利用變壓器將低電壓變換為高電壓，這是電學中的放大。研究它們的共同點，一是都將原物形狀或大小的差異按一定比例放大了，二是放大前后能量守恒，如杠桿原理中前后做功相同。

2.2.1　放大電路的組成

放大電路是最常見、最典型的模擬電子電路。在我們的生活、工作和科學實驗中，往往需要將微弱的模擬信號加以放大，以便測量和利用，這些場合都離不開放大電路。電子技術中的放大電路是由三極管或集成運算放大器和電阻、電容等元件構成的二端網絡，其輸入端口接信號源，輸出端口接負載。擴音機是一種常見的放大器，圖2.11是它的工作過程方框圖。

各種聲音通過話筒的作用，轉換成隨聲音強弱而變化的電壓和電流，它們攜帶著原來聲音中的全部信息，通常被稱為電信號。由話筒輸出的電信號是很微弱的，把這些微弱的電信號送入擴音機的輸入端（圖中ii表示輸入電流，ui表示輸入電壓），經過電壓放大和功率放大后，從擴音機輸出端輸出較強的電信號（圖中io表示輸出電流，uo表示輸出電壓） ，最后通過揚聲器把放大了的電信號轉換成比原來響亮得多的聲音。

能把微弱的電信號放大，轉換成較強的電信號的電路稱為放大電路，簡稱放大器。應當指出放大器必須對電信號有功率放大作用，即放大器的輸出功率應比輸入功率要大，否則，不能算是放大器。例如，變壓器雖然可以把電信號的電流或電壓幅度增大，但它的輸出功率總比輸入功率小，這就不能稱為放大器。

放大表面上是指將信號的幅度由小變大，但是在電子技術中，放大的本質是實現能量的控制，即用能量比較小的輸入信號控制另一個能源，從而在負載上得到能量比較大的信號。由于輸入信號（例如天線或傳感器得到的信號）能量過于微弱，不足以推動負載，因此需要另外提供一個能源，由小能量的輸入信號控制這個能源，使之輸出較大的能量，然后推動負載。另外，放大作用是針對變化量而言的。放大是指當輸入信號有一個比較小的變化量時，在輸出端的負載上得到了一個變化量比較大的信號。

提示

放大電路的放大倍數是指輸出信號與輸入信號的變化量之比，由此可見，所謂放大作用，其放大的對象是變化量。

注意

電路中電壓和電流符號寫法的規定：為了便于區別放大器電路中電流或電壓的直流分量、交流分量、總量等概念，文字符號寫法作如下規定。

①直流分量用大寫字母和大寫下標的符號，如IB表示基極的直流電流。

②交流分量用小寫字母和小寫下標的符號，如ib表示基極的交流電流。

③總量是直流分量和交流分量之和，用小寫字母和大寫下標的符號。如iB=IB+ib，即iB表示基極電流的總量。

如果交流分量是正弦波，其表達式為：。

可見正弦波有效值是用大寫字母和小寫下標符號，而正弦波的峰值是有效值下標再添加小寫m，如Ib、Ibm分別表示基極正弦電流有效值和峰值。

2.2.2　放大電路的主要性能指標

為了評價一個放大電路質量的優劣，需要規定若干性能指標，測試指標時，一般在放大電路的輸入端加上一個正弦測試電壓，如圖2.12所示。放大電路的主要技術指標有以下幾項：

1.放大倍數 

放大倍數是衡量一個放大電路放大能力的指標。其中，電壓放大倍數定義為輸出電壓與輸入電壓的變化量之比。當輸入一個正弦波電壓時，也可用輸出電壓與輸入電壓的有效值之比（在中頻段不計附加相移時），即

（2.10）

如考慮到輸入信號通過放大電路時可能產生相位移時，應該用輸出電壓和輸入電壓的相量之比表示電壓放大倍數。后面討論不考慮放大電路附加相移時直接用上式計算。

與此類似，電流放大倍數定義為輸出電流的正弦有效值Io與輸入電流的正弦有效值Ii之比，用Ai表示，即

（2.11）

必須注意，上述兩式在輸出電壓與輸出電流基本上是正弦波，也就是說，放大電路無明顯失真的前提下才有意義。這個前提同樣適用于隨后將要說明的各項指標。

2.輸入電阻 

從放大電路的輸入端看進去的等效電阻稱為放大電路的輸入電阻，見圖2.12。此處只考慮中頻段的情況，故從放大電路輸入端看，等效為一個純電阻Ri。輸入電阻Ri的大小等于外加正弦輸入電壓與相應的輸入電流之比，即 

　　（2.12）

輸入電阻這項技術指標衡量一個放大電路向信號源索取信號大小的能力。通常希望放大電路的輸入電阻愈大愈好，Ri愈大，說明放大電路對信號源索取的電流愈小。

3.輸出電阻

輸出電阻是從放大電路的輸出端看進去的等效電阻，見圖2.12。在中頻段，從放大電路的輸出端看，放大電路同樣等效為一個純電阻Ro。輸出電阻Ro的定義是當輸入端信號源短路（即Us=0，但保留Rs），輸出端負載開路（即RL=∞）時，外加一個正弦輸出電壓Uo，得到相應的輸出電流Io，二者之比即是輸出電阻Ro，即

　　（2.13）

輸出電阻是描述放大電路帶負載能力的技術指標。通常希望放大電路的輸出電阻愈小愈好。Ro愈小，說明放大電路的帶負載能力愈強。

4.通頻帶

通頻帶是衡量一個放大電路對不同頻率的輸入信號適應能力的指標。

通常，放大電路的放大倍數將隨著信號頻率的變化而變化。當頻率升高或降低時，放大倍數都將減小，而在中間一段頻率范圍內，因各種電抗性元件的作用可以忽略，故放大倍數基本不變。通常將放大倍數在高頻段和低頻段分別下降至中頻段放大倍數的0.707倍時所包括的頻率范圍，定義為放大電路的通頻帶。

顯然，通頻帶愈寬，表明放大電路對信號頻率的變化具有更強的適應能力。

5.最大輸出幅度

表示在輸出波形沒有明顯失真的情況下，放大電路能夠提供給負載的最大輸出電壓（或最大輸出電流），一般指電壓的有效值，以Uom表示，也可用峰-峰值表示。超出最大輸出幅度后，輸出波形將產生明顯失真。

以上介紹了放大電路的幾個主要技術指標，此外，針對不同的使用場合，還可能提出其他一些指標，例如最大輸出功率與效率、非線性失真系數等，請讀者自行參閱有關文獻。

思考題

放大電路的實質是什么？