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1
§ 1.3.1 放大回目录所谓放大就是指增加电信号幅度或功率的物理过程。实现放大的装置称为放大器。放大器的核心是电子管、双极型晶体管和场效应晶体管等有源器件。为了实现放大，还必须给放大器提供能量。常用的能源是直流电源。放大作用实质上是把电源的能量转移给输出信号。输入信号的作用是控制这种转移，使放大器输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。
图 1.3.1-1共发射极放大电路一,基本电路图 1.3.1-1 是一个简单的晶体管共发射极放大电路。
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§ 1.3.1 放大回目录其中晶体管为 NPN型； Rc 是负载电阻,用来提取放大了的信号电压； RB称偏置电阻，用来给晶体管提供偏置电流，使无信号时的发射极电流和集电极到发射极的电压降（分别称为工作点电流和电压）维持适当数值，以保证有信号输入时晶体管工作在特性曲线的线性区域； C1和 C2是兼有隔直流作用的耦合电容。这种形式的电路，常被称为 RC耦合放大器，
具有比较宽的放大频带。将电阻 Rc 换成调谐回路，使电路成为一个调谐放大器,可用来选择并放大某个窄频带的信号。
图 1.3.1-2和图 1.3.1-3分别是共基极和共集电极放大电路。共基极电路的电流增益略小于 1,但输出阻抗高,寄生反馈小,在高频时容易获得稳定的放大。共集电极电路的电压增益略小于 1,但输入阻抗高，输出阻抗低，常用作隔离级和低阻抗输出级。在构成多级放大器时，这几种电路常常需要相互组合使用。
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§ 1.3.1 放大回目录图 1.3.1-2共基极放大电路 图 1.3.1-3共集电极放大电路上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.3.1 放大回目录二,性能指标电子放大器的主要性能指标有增益、频率响应、非线性失真度和噪声指数等。放大器的输出电压值 Uo与输入电压值
Ui之比称为电压放大系数，记为
Au ＝ Uo /Ui
电压放大系数常常用分贝 (dB)值表示,称为电压增益,记为
Gu ＝ 20 log Au (dB)
同理，放大器的功率放大系数和功率增益分别记为
AP ＝ Po /Pi GP ＝ 10 log AP (dB)
其中 Po 和 Pi 分别是输出和输入功率。
放大器的电压放大系数通常是频率的复函数,可以写成
Au = Au(jω) = │Au(jω)│ejφ(ω)
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§ 1.3.1 放大回目录式中 ω＝ 2πf,f是频率,ω是角频率,│Au(jω)│表示放大器的放大量与频率的关系，称为幅 —频特性,φ(ω)表示放大器输出相对于输入的相位差与频率的关系,称为相 —频特性,
它们合称为放大器的频率特性,也称为频率响应。放大器的频率特性应该与被放大信号的频谱相适应，以保证信号的各频率分量能均匀地得到放大。有些应用还要求各频率分量之间的相位关系得到保持。频带过窄或不均匀以及相 —频特性的非线性都会引起输出波形失真,这称为频率响应失真，
或频率失真。
对于大信号放大器，例如功率放大器，放大器件的非线性常常造成输出波形可觉察的失真，称为非线性失真，
也称为谐波失真，其大小可以利用非线性失真系数 D来衡量。
对于弱信号放大，重要的是放大器的噪声特性。
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§ 1.3.1 放大回目录三,基本放大器
1、差分放大器差分放大器能把两个输入电压的差值加以放大的电路，也称差动放大器。
差分放大器可以用晶体三极管（晶体管）或电子管作为它的有源器件。图 1.3.1-4 是晶体管差分放大器的基本电路。
这是一种对称电路。
输出电压 uo＝ uo1 –u02,
是晶体管 T1和 T2集电极输出电压 uo1和 u02之差。当 T1和 T2的输入电压幅度相等但极性相反,即 uS1 = -uS2
时，差分放大器的增图 1.3.1-4差分放大器基本电路上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.3.1 放大回目录益 Kd(称差模增益 )和单管放大器的增益相等,即 Kd ≈ Rc /
re,式中 Rc ＝ Rc1 ＝ Rc2,re是晶体管的射极电阻。通常
re很小,因而 Kd 较大。当 uS1 = uS2,即两输入电压的幅度与极性均相等时，放大器的输出 uo应等于零,增益也等于零。实际放大电路不可能完全对称，因而这时还有一定的增益。这种增益称为共模增益，记为 Kc 。在实际应用中,
温度变化和电源电压不稳等因素对放大作用的影响，等效于每个晶体管的输入端产生了一个漂移电压。利用电路的对称性可以使之互相抵消或予以削弱，使输出端的漂移电压大大减小。显然，共模增益越小，即电路对称性越好时，
这种漂移电压也越小。
通常用差模增益 Kd 和共模增益 Kc的比值 Kd / Kc 来表示差分放大器的性能 。 这个比值称为共模抑制比 (CMRR)。
一般差分放大器的共模抑制比约为几十分贝,性能较高的可达百分贝以上 。
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§ 1.3.1 放大回目录
2、运算放大器运算放大器能对信号进行数学运算的放大电路。
运算放大器的电路结构有三种主要形式。一是单端输入、单端输出，斩波稳定式直流放大器等采取这种形式。
二是差分输入、单端输出，大多数集成运算放大器采取这种形式。三是差分输入、差分输出，直流放大器和部分集成放大器采取这种形式。
（ 1）频率补偿运算放大器是多级放大电路，通常在较高的频率上仍具有大于 1的增益,而内部电路产生的附加相移却已达到或超过 180° 。
（ 2）理想运算放大器理想运算放大器指开环增益 A和输入阻抗 RI 均趋近于无穷大、输出阻抗 Ro 趋近于零的运算放大器。
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§ 1.3.1 放大回目录
（ 3） 运算放大运用的基本电路运算放大器常被用来实现电信号的反相放大、同相放大和差分输入／输出放大。
四、放大器的应用电路
1、运算电路集成运放可用来组成对模拟量进行各种数学运算功能的电路。
（ 1）模拟加法器,图 1.3.2-8是模拟加法器的电路。利用理想运算放大器的近似条件可得到若取 R1 ＝ R2 ＝ … ＝ Rn ＝ Rf,就可得到简单的求和关系式 uo ＝ -( u1 + u2 + … + un )
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§ 1.3.1 放大回目录
（ 2） 模拟积分器,图 1.3.1-9是模拟积分器电路 。 假定电容器 Cf 上起始电压是零,由虚短路特性可知,i1 ＝ ui /R1
＝ if 。 又 uo ＝ -uc ＝ -1/Cf ∫ot if dt 。 于是
uo ＝ -1/R1 Cf ∫ot ui dt
若 Cf 起始电压不为零，式 (5)还要附加一个起始电压。
2、测量放大器测量放大器（又称数据放大器）就是用来放大这种差值信号的高精度放大器，它具有很大的共模抑制比、极高的输入电阻，且其增益能在大范围内可调。
图 1.3.1-10 所示是由三个集成运放构成的测量放大器电路。其中，集成运放 A3组成差值放大器，集成运放
A1 和 A2组成对称的同相放大器。从电路图可知
w
1f
1212
w
1f
1
w
1f
1o R
R)UU(UU
R
RU
R
R1U
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§ 1.3.1 放大回目录
w
2f
1221
w
2f
2
w
2f
2o R
R)UU(UU
R
RU
R
R1U
)UU(R RR1RR)UU(RRU 12
w
2f1ff
1O2O
f
o
w 2f1ff12 oU R RR1RRUU UA
其 增益为由于性能对称，其漂移将大大减少，加上高 输入阻抗和 高 共模抑制比，对微小差模电压很敏感，并适于测量远距传输信号，因而适宜与传感器配合使用。基于测量放大器具有 高 输入阻抗、较低失调电压和低 漂移以及稳定的放大倍数和低输出 阻抗等优点，使其得到广泛应用。目前，
测量放大器已有单片集成产品问世。
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§ 1.3.1 放大回目录所谓放大就是指增加电信号幅度或功率的物理过程。实现放大的装置称为放大器。放大器的核心是电子管、双极型晶体管和场效应晶体管等有源器件。为了实现放大，还必须给放大器提供能量。常用的能源是直流电源。放大作用实质上是把电源的能量转移给输出信号。输入信号的作用是控制这种转移，使放大器输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。
图 1.3.1-1共发射极放大电路一,基本电路图 1.3.1-1 是一个简单的晶体管共发射极放大电路。
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§ 1.3.1 放大回目录其中晶体管为 NPN型； Rc 是负载电阻,用来提取放大了的信号电压； RB称偏置电阻，用来给晶体管提供偏置电流，使无信号时的发射极电流和集电极到发射极的电压降（分别称为工作点电流和电压）维持适当数值，以保证有信号输入时晶体管工作在特性曲线的线性区域； C1和 C2是兼有隔直流作用的耦合电容。这种形式的电路，常被称为 RC耦合放大器，
具有比较宽的放大频带。将电阻 Rc 换成调谐回路，使电路成为一个调谐放大器,可用来选择并放大某个窄频带的信号。
图 1.3.1-2和图 1.3.1-3分别是共基极和共集电极放大电路。共基极电路的电流增益略小于 1,但输出阻抗高,寄生反馈小,在高频时容易获得稳定的放大。共集电极电路的电压增益略小于 1,但输入阻抗高，输出阻抗低，常用作隔离级和低阻抗输出级。在构成多级放大器时，这几种电路常常需要相互组合使用。
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§ 1.3.1 放大回目录图 1.3.1-2共基极放大电路 图 1.3.1-3共集电极放大电路上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.3.1 放大回目录二,性能指标电子放大器的主要性能指标有增益、频率响应、非线性失真度和噪声指数等。放大器的输出电压值 Uo与输入电压值
Ui之比称为电压放大系数，记为
Au ＝ Uo /Ui
电压放大系数常常用分贝 (dB)值表示,称为电压增益,记为
Gu ＝ 20 log Au (dB)
同理，放大器的功率放大系数和功率增益分别记为
AP ＝ Po /Pi GP ＝ 10 log AP (dB)
其中 Po 和 Pi 分别是输出和输入功率。
放大器的电压放大系数通常是频率的复函数,可以写成
Au = Au(jω) = │Au(jω)│ejφ(ω)
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§ 1.3.1 放大回目录式中 ω＝ 2πf,f是频率,ω是角频率,│Au(jω)│表示放大器的放大量与频率的关系，称为幅 —频特性,φ(ω)表示放大器输出相对于输入的相位差与频率的关系,称为相 —频特性,
它们合称为放大器的频率特性,也称为频率响应。放大器的频率特性应该与被放大信号的频谱相适应，以保证信号的各频率分量能均匀地得到放大。有些应用还要求各频率分量之间的相位关系得到保持。频带过窄或不均匀以及相 —频特性的非线性都会引起输出波形失真,这称为频率响应失真，
或频率失真。
对于大信号放大器，例如功率放大器，放大器件的非线性常常造成输出波形可觉察的失真，称为非线性失真，
也称为谐波失真，其大小可以利用非线性失真系数 D来衡量。
对于弱信号放大，重要的是放大器的噪声特性。
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§ 1.3.1 放大回目录三,基本放大器
1、差分放大器差分放大器能把两个输入电压的差值加以放大的电路，也称差动放大器。
差分放大器可以用晶体三极管（晶体管）或电子管作为它的有源器件。图 1.3.1-4 是晶体管差分放大器的基本电路。
这是一种对称电路。
输出电压 uo＝ uo1 –u02,
是晶体管 T1和 T2集电极输出电压 uo1和 u02之差。当 T1和 T2的输入电压幅度相等但极性相反,即 uS1 = -uS2
时，差分放大器的增图 1.3.1-4差分放大器基本电路上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.3.1 放大回目录益 Kd(称差模增益 )和单管放大器的增益相等,即 Kd ≈ Rc /
re,式中 Rc ＝ Rc1 ＝ Rc2,re是晶体管的射极电阻。通常
re很小,因而 Kd 较大。当 uS1 = uS2,即两输入电压的幅度与极性均相等时，放大器的输出 uo应等于零,增益也等于零。实际放大电路不可能完全对称，因而这时还有一定的增益。这种增益称为共模增益，记为 Kc 。在实际应用中,
温度变化和电源电压不稳等因素对放大作用的影响，等效于每个晶体管的输入端产生了一个漂移电压。利用电路的对称性可以使之互相抵消或予以削弱，使输出端的漂移电压大大减小。显然，共模增益越小，即电路对称性越好时，
这种漂移电压也越小。
通常用差模增益 Kd 和共模增益 Kc的比值 Kd / Kc 来表示差分放大器的性能 。 这个比值称为共模抑制比 (CMRR)。
一般差分放大器的共模抑制比约为几十分贝,性能较高的可达百分贝以上 。
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2、运算放大器运算放大器能对信号进行数学运算的放大电路。
运算放大器的电路结构有三种主要形式。一是单端输入、单端输出，斩波稳定式直流放大器等采取这种形式。
二是差分输入、单端输出，大多数集成运算放大器采取这种形式。三是差分输入、差分输出，直流放大器和部分集成放大器采取这种形式。
（ 1）频率补偿运算放大器是多级放大电路，通常在较高的频率上仍具有大于 1的增益,而内部电路产生的附加相移却已达到或超过 180° 。
（ 2）理想运算放大器理想运算放大器指开环增益 A和输入阻抗 RI 均趋近于无穷大、输出阻抗 Ro 趋近于零的运算放大器。
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（ 3） 运算放大运用的基本电路运算放大器常被用来实现电信号的反相放大、同相放大和差分输入／输出放大。
四、放大器的应用电路
1、运算电路集成运放可用来组成对模拟量进行各种数学运算功能的电路。
（ 1）模拟加法器,图 1.3.2-8是模拟加法器的电路。利用理想运算放大器的近似条件可得到若取 R1 ＝ R2 ＝ … ＝ Rn ＝ Rf,就可得到简单的求和关系式 uo ＝ -( u1 + u2 + … + un )
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§ 1.3.1 放大回目录
（ 2） 模拟积分器,图 1.3.1-9是模拟积分器电路 。 假定电容器 Cf 上起始电压是零,由虚短路特性可知,i1 ＝ ui /R1
＝ if 。 又 uo ＝ -uc ＝ -1/Cf ∫ot if dt 。 于是
uo ＝ -1/R1 Cf ∫ot ui dt
若 Cf 起始电压不为零，式 (5)还要附加一个起始电压。
2、测量放大器测量放大器（又称数据放大器）就是用来放大这种差值信号的高精度放大器，它具有很大的共模抑制比、极高的输入电阻，且其增益能在大范围内可调。
图 1.3.1-10 所示是由三个集成运放构成的测量放大器电路。其中，集成运放 A3组成差值放大器，集成运放
A1 和 A2组成对称的同相放大器。从电路图可知
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§ 1.3.1 放大回目录
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其 增益为由于性能对称，其漂移将大大减少，加上高 输入阻抗和 高 共模抑制比，对微小差模电压很敏感，并适于测量远距传输信号，因而适宜与传感器配合使用。基于测量放大器具有 高 输入阻抗、较低失调电压和低 漂移以及稳定的放大倍数和低输出 阻抗等优点，使其得到广泛应用。目前，
测量放大器已有单片集成产品问世。
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