2.2　放大电路的组成和主要性能指标

放大现象存在于各种场合，例如，利用放大镜放大微小物体，这是光学中的放大；利用杠杆原理用小力移动重物，这是力学中的放大；利用变压器将低电压变换为高电压，这是电学中的放大。研究它们的共同点，一是都将原物形状或大小的差异按一定比例放大了，二是放大前后能量守恒，如杠杆原理中前后做功相同。

2.2.1　放大电路的组成

放大电路是最常见、最典型的模拟电子电路。在我们的生活、工作和科学实验中，往往需要将微弱的模拟信号加以放大，以便测量和利用，这些场合都离不开放大电路。电子技术中的放大电路是由三极管或集成运算放大器和电阻、电容等元件构成的二端网络，其输入端口接信号源，输出端口接负载。扩音机是一种常见的放大器，图2.11是它的工作过程方框图。

各种声音通过话筒的作用，转换成随声音强弱而变化的电压和电流，它们携带着原来声音中的全部信息，通常被称为电信号。由话筒输出的电信号是很微弱的，把这些微弱的电信号送入扩音机的输入端（图中ii表示输入电流，ui表示输入电压），经过电压放大和功率放大后，从扩音机输出端输出较强的电信号（图中io表示输出电流，uo表示输出电压） ，最后通过扬声器把放大了的电信号转换成比原来响亮得多的声音。

能把微弱的电信号放大，转换成较强的电信号的电路称为放大电路，简称放大器。应当指出放大器必须对电信号有功率放大作用，即放大器的输出功率应比输入功率要大，否则，不能算是放大器。例如，变压器虽然可以把电信号的电流或电压幅度增大，但它的输出功率总比输入功率小，这就不能称为放大器。

放大表面上是指将信号的幅度由小变大，但是在电子技术中，放大的本质是实现能量的控制，即用能量比较小的输入信号控制另一个能源，从而在负载上得到能量比较大的信号。由于输入信号（例如天线或传感器得到的信号）能量过于微弱，不足以推动负载，因此需要另外提供一个能源，由小能量的输入信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动负载。另外，放大作用是针对变化量而言的。放大是指当输入信号有一个比较小的变化量时，在输出端的负载上得到了一个变化量比较大的信号。

提示

放大电路的放大倍数是指输出信号与输入信号的变化量之比，由此可见，所谓放大作用，其放大的对象是变化量。

注意

电路中电压和电流符号写法的规定：为了便于区别放大器电路中电流或电压的直流分量、交流分量、总量等概念，文字符号写法作如下规定。

①直流分量用大写字母和大写下标的符号，如IB表示基极的直流电流。

②交流分量用小写字母和小写下标的符号，如ib表示基极的交流电流。

③总量是直流分量和交流分量之和，用小写字母和大写下标的符号。如iB=IB+ib，即iB表示基极电流的总量。

如果交流分量是正弦波，其表达式为：。

可见正弦波有效值是用大写字母和小写下标符号，而正弦波的峰值是有效值下标再添加小写m，如Ib、Ibm分别表示基极正弦电流有效值和峰值。

2.2.2　放大电路的主要性能指标

为了评价一个放大电路质量的优劣，需要规定若干性能指标，测试指标时，一般在放大电路的输入端加上一个正弦测试电压，如图2.12所示。放大电路的主要技术指标有以下几项：

1.放大倍数 

放大倍数是衡量一个放大电路放大能力的指标。其中，电压放大倍数定义为输出电压与输入电压的变化量之比。当输入一个正弦波电压时，也可用输出电压与输入电压的有效值之比（在中频段不计附加相移时），即

（2.10）

如考虑到输入信号通过放大电路时可能产生相位移时，应该用输出电压和输入电压的相量之比表示电压放大倍数。后面讨论不考虑放大电路附加相移时直接用上式计算。

与此类似，电流放大倍数定义为输出电流的正弦有效值Io与输入电流的正弦有效值Ii之比，用Ai表示，即

（2.11）

必须注意，上述两式在输出电压与输出电流基本上是正弦波，也就是说，放大电路无明显失真的前提下才有意义。这个前提同样适用于随后将要说明的各项指标。

2.输入电阻 

从放大电路的输入端看进去的等效电阻称为放大电路的输入电阻，见图2.12。此处只考虑中频段的情况，故从放大电路输入端看，等效为一个纯电阻Ri。输入电阻Ri的大小等于外加正弦输入电压与相应的输入电流之比，即 

　　（2.12）

输入电阻这项技术指标衡量一个放大电路向信号源索取信号大小的能力。通常希望放大电路的输入电阻愈大愈好，Ri愈大，说明放大电路对信号源索取的电流愈小。

3.输出电阻

输出电阻是从放大电路的输出端看进去的等效电阻，见图2.12。在中频段，从放大电路的输出端看，放大电路同样等效为一个纯电阻Ro。输出电阻Ro的定义是当输入端信号源短路（即Us=0，但保留Rs），输出端负载开路（即RL=∞）时，外加一个正弦输出电压Uo，得到相应的输出电流Io，二者之比即是输出电阻Ro，即

　　（2.13）

输出电阻是描述放大电路带负载能力的技术指标。通常希望放大电路的输出电阻愈小愈好。Ro愈小，说明放大电路的带负载能力愈强。

4.通频带

通频带是衡量一个放大电路对不同频率的输入信号适应能力的指标。

通常，放大电路的放大倍数将随着信号频率的变化而变化。当频率升高或降低时，放大倍数都将减小，而在中间一段频率范围内，因各种电抗性元件的作用可以忽略，故放大倍数基本不变。通常将放大倍数在高频段和低频段分别下降至中频段放大倍数的0.707倍时所包括的频率范围，定义为放大电路的通频带。

显然，通频带愈宽，表明放大电路对信号频率的变化具有更强的适应能力。

5.最大输出幅度

表示在输出波形没有明显失真的情况下，放大电路能够提供给负载的最大输出电压（或最大输出电流），一般指电压的有效值，以Uom表示，也可用峰-峰值表示。超出最大输出幅度后，输出波形将产生明显失真。

以上介绍了放大电路的几个主要技术指标，此外，针对不同的使用场合，还可能提出其他一些指标，例如最大输出功率与效率、非线性失真系数等，请读者自行参阅有关文献。

思考题

放大电路的实质是什么？