第一节　放大电路的基本概念

一、概述

在工业控制中，经常需要将微弱的电信号（电压、电流和电功率）用放大电路放大成幅度足够大，且与原来信号变化规律一致的电信号，然后带动执行机构，对生产设备进行控制。

放大电路的作用就是将微弱的电信号进行放大，其框图如图2-1所示。在图中，将提供给放大电路的微弱电信号称为输入信号，用输入电流ii、输入电压ui来表示；经过放大电路提供给负载或执行机构的电信号称为输出信号，用输出电流io、输出电压uo来表示；uS是交流信号源，RS是信号源的内阻；RL是负载电阻或执行机构的等效电阻。

放大电路的种类有很多。按用途可分为电压放大电路和功率放大电路；按电路结构可分为直流放大电路和交流放大电路；按频率又可将交流放大电路分为低频放大电路和高频放大电路；按所用器件可分为分立元件放大电路和集成放大电路。

在工业控制中，常用交流放大电路的输入信号的频率范围为20Hz～20kHz，这类放大电路属于低频放大电路，本章主要讨论低频放大电路的工作原理。

二、放大电路的主要性能指标

放大电路的主要性能指标是根据各种放大电路的共性要求提出的，它反映了放大电路性能的优劣。对放大电路的共性要求如下：

（1）要有较强的放大能力，即放大倍数要高。

（2）失真应尽可能小。放大电路在放大时要求输出信号能保持和复现输入信号，即输出信号波形与输入信号波形相同。放大的前提是不失真，放大电路只有在信号不失真的情况下放大才有意义，因此失真应尽可能小。

（3）工作稳定可靠，且噪声小。

任何一个放大电路都可以用一个两端口网络来表示，放大器的等效电路如图2-2所示，左边为输入端口，右边为输出端口。当信号源uS作用时，不同放大电路在同样的uS和RL情况下，会产生不同的ii、ui和io、uo，说明不同放大电路从信号源索取的电流不同，且表现的放大能力也不同。为了反映放大电路各方面的性能，根据对放大电路的共性要求提出了如下主要性能指标：

（1）放大倍数。放大倍数是直接衡量放大电路放大能力的重要指标。它是指放大电路在输出信号不失真的情况下，输出量与输入量之比。放大倍数一般可分为：电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数。

电压放大倍数：

电流放大倍数：

功率放大倍数：

有时，放大倍数也可用常用对数来表示，称为放大器的增益，单位为分贝（dB）。工程上定义如下：

Au（dB）=20lg|Au|　　（2-4）

Ai（dB）=20lg|Ai|　　（2-5）

Ap（dB）=10lg|Ap|　　（2-6）

对放大器的电压放大倍数而言，当输出电压小于输入电压时，放大器为衰减状态，电压放大倍数为负值；当输出电压大于输入电压时，放大器为放大状态，电压放大倍数为正值；当输出电压等于输入电压时，电压放大倍数为1。对于一般放大器来说，要求有较高的电压增益。

（2）输入电阻。放大电路与信号源相连接就成为信号源的负载，必然从信号源索取电流，电流的大小表明放大电路对信号源的影响程度。因此，信号源与放大器的关系是：信号源为放大器提供信号，放大器是信号源的负载，其负载电阻即为放大器的输入电阻。在等效电路中，放大器的输入电阻是从放大器输入端看进去的等效电阻。它定义为放大器的输入电压ui与输入电流ii之比，即

如果信号源电压为uS，内阻为RS，则放大器输入端实际获得的输入信号电压为

由式（2-8）可知，ri越大，从信号源吸取的电流越小，信号源内阻上的压降越小，信号电压损失越小，放大器从信号源获得的实际输入信号电压越大，同时，输出电压也将越大，所以，对于放大电路而言，ri应越大越好。

（3）输出电阻。放大器与负载的关系是：放大器为负载提供输出电压，放大器相当于带有内阻的电压源，这个内阻就是放大器的输出电阻。它反映了放大器的带负载能力。其阻值越小，接入负载后放大器的输出电压下降越小，带负载能力越强。

在等效电路中，放大器的输出电阻是从放大器输出端看进去的等效电阻。它定义为在负载开路，且信号源电压为零时，在输出端加的交流电压uo与该电压作用下流入放大器的输出电流io的比值，即

通常输出电阻可通过实验方法进行测量，测量时分别测出放大器输出端的开路电压uoc和负载电压uo，则放大器的输出电阻可通过式（2-10）求出，即

输出电阻是衡量放大器带负载能力的性能指标，ro越小，输出电压uo随负载电阻RL的变化就越小，即输出电压越稳定，带负载的能力越强。所以，通常要求放大器的输出电阻越小越好。