放大电路模型及其主要性能指标分析

信号放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放大电路实现的，大多数模拟电子系统中都应用了不同类型的放大电路。放大电路也是构成其他模拟电路，如滤波、振荡、稳压等功能电路的基本单元电路。所以，放大电路是模拟电子技术的核心电路。

根据实际所关注的输入信号形式和输出信号形式的不同，放大电路可分为四种类型，即电压放大、电流放大、互阻放大和互导放大。根据双口网络的端口特性，建立四种不同类型的放大电路模型，本书主要介绍电压放大电路模型，如图2.2.1所示。

图2.2.1　电压放大电路模型

放大电路的性能指标是衡量它的品质优劣的标准，并决定其适用范围。这里主要讨论放大电路的输入电阻、输出电阻、增益、频率响应和非线性失真等几项主要的性能指标。

（1）放大倍数。

如图2.2.1所示放大电路中的电压、电流和电压放大倍数通常都是按正弦量定义的，所以用相量表示。为信号源电压，分别是输入电压和输入电流，分别是输出电压和输出电流。

电压放大倍数是输出电压与输入电压的变化量之比，用来表示将输入信号放大了多少倍，即

需要说明的是，放大倍数的定义是建立在信号基本不失真的前提之上，即当输出波形也是正弦波，没有明显失真的情况下，讨论放大倍数才有意义。这点同样适用于其他各项性能指标。

在工程上还有另外一种表示电压放大倍数的方法，即

这样计算出的电压放大倍数称为增益，单位是分贝。它和电压放大倍数的关系是：当Au＞1时，其电压增益大于0 dB，表示有收益；如果Au=1，输出与输入相等，则为0 dB，表示没有收益；而当Au＜1时，则分贝数为负数，表示信号被衰减。而且采用分贝表示后，多级放大电路的增益运算由乘法变成了加法，方便了计算。

（2）输入电阻。

从放大电路输入端看进去的等效电阻称为放大电路的输入电阻Ri，如图2.2.2所示。

图2.2.2　输入电阻的定义

Ri的大小等于放大电路的输入电压与输入电流之比，即(www.xing528.com)

输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。Ri越大，放大电路从信号源吸取的电流越小，反之则越大。

（3）输出电阻。

放大电路的输出电阻Ro反映电路驱动负载的能力，是放大电路输出端看进去的等效电阻。在图2.2.3中，Ro越小，负载阻值变化对输出电压的影响也越小，当Ro=0时，放大电路的输出端变成一个理想受控电压源，输出电压的大小与负载的变化无关，电路的带负载能力最强。所以从提高电路带负载能力的角度，通常希望放大电路的输出电阻Ro越小越好。

Ro的定义见图2.2.3和式（2.2.4）。

图2.2.3　输出电阻的定义

图2.2.3（a）是从输出端加假想电源求Ro，（b）是通过放大电路负载特性曲线求Ro。

根据图2.2.3（a）所示电路，输出电阻Ro的定义式

根据图2.2.3（b），在带RL时，测得，开路时输出为，0。根据式（2.2.5）有（4）通频带。

由于实际电路中存在一些电抗元件，比如电路中的电容、半导体器件的极间电容、导线之间的分布电容和分布电感等，会对不同频率下的电路输出、输入关系产生影响，所以放大电路会对不同频率的信号有不同的放大倍数。

以常见的阻容耦合放大电路为例，当频率升高或降低超过一定界限后，电抗性元件的作用开始呈现，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不计，放大倍数表现为一个定值。如图2.2.4所示，通常将放大倍数在高频和低频段分别下降至比中频段电压放大倍数的0.707倍（即下降3 dB）处对应的频率定义为放大电路的上限频率fH和下限频率fL，两个频率之间的范围称为放大电路的通频带，用符号BW表示，即BW=fH-fL。

图2.2.4　通频带的定义

通频带的宽度（带宽）是放大电路的一项重要指标，它的宽窄反映了放大电路对不同频率信号的放大能力。在选用或设计放大电路时，要使电路的通频带覆盖输入信号的频谱范围。