放大电路及其性能指标

放大电路是将微弱电信号不失真地方大到相应数值，从而使终端电器(继电器、仪表、扬声器)工作

放大器不可能产生能量，输出信号的能量增加实际上是直流电源提供。放大作用实质上是一种能量的控制和转换。

性能指标
1.放大倍数—又称增益
0下标即为输出，i下标为输入，输出除以输入
1)电压放大倍数$\dot A_u$
$\dot A_u=\dfrac{\dot U_0}{\dot U_i}$
2)电流放大倍数$\dot A_i$
$\dot A_i=\dfrac{\dot I_0}{\dot I_i}$
3)互阻放大倍数$\dot A_{r}$
$\dot A_r=\dfrac{\dot U_0}{\dot I_i}$
4)互导放大倍数$\dot A_g$
$\dot A_g=\dfrac{\dot I_0}{\dot U_i}$

电压放大电路->Vout = A*Vin。因输入量为电压，输出量也为电压，故称电压放大。
电流放大电路->Iout = A*Iin。因输入量为电流，输出量也为电流，故称电流放大。
互阻放大电路->Vout = A*Iin。因输入量为电流，输出量为电压，U/I = R，故称互阻。
互导放大电路->Iout = A*Vin。因输入量为电压，输出量为电流，I/U = G，故称互导。

$\dot A_{r}量纲为电阻，\dot A_g量纲为电导$
$对于\dot A_u和\dot A_i无量纲增益，$工程上常以10为底的对数增益来表示，其基本单位为贝尔(B)
平时用它的十分之一单位分贝(dB)表示：
$A_u(dB)=20\lg|A_u|(dB)$
$A_i(dB)=20\lg|A_i|(dB)$

2.输入电阻$R_i$
$R_i=\dfrac{\dot U_i}{\dot I_i}$
输入电阻的大小决定放大电路总信号源获取信号的能力
对电压放大和互导放大电路，希望$R_i$越大越好;对电流和互阻放大电路，希望$R_i$越小越好

由于任何稳态信号都可以分解为正弦信号的叠加，所以放大电路常用正弦信号作为测试信号。
测定:
$输入端加正弦波信号u_S和电阻R_S,测出输入端的电压的有效值U_i，则$
$R_i=(\dfrac{U_i}{U_S-U_i})R_S$

3.输出电阻$R_0$
放大电路输出电阻的大小决定了它待负载的能力。带负载能力是指当负载变化时，放大电路的输出量随负载变化的程度。
对电压和互阻放大电路，$R_0$越小越好；对电流和互导放大电路，$R_0$越大越好。
$R_0=(\dfrac{U‘_0}{U_0}-1)R_L$

4.通频带$f_{BW}$
当改变输入信号的频率时，放大电路的放大倍数是随之变化的，输出波形的相位也发生变化。通常用通频带来反映放大电路对于不同频率的信号的放大能力。一般情况，当大电路只适用一个特定频率范围的信号，过高或过低，放大倍数都会有大幅下降。

$f_H对应频率成为上限截止频率，f_L称为下限截止频率，通频带f_{BW}:$
$f_{BW}=f_H-f_L$
通频带越宽，表明放大电路对信号频率的适应性越强
如果因为受放大电路通频带的限制，而使输出信号产生的失真成为频率失真，也成为线性失真，它包括幅度失真和香味失真

5.最大不失真输出电压$U_{omax}$
最大不失真输出电压是在不失真的前提下能输出的最大电压，即当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。一般以最大值$U_{omax}$表示，也可以用峰-峰值$U_{op-p}表示，U_{op-p}=2U_{omax}$

集成电路运算放大器

集成电路运算放大器是一种高增益的多级直接耦合的电压放大器，采用集成工艺，将大量半导体三极管、电阻、电容等元器件及其连线制作在一块单晶硅的芯片上。
它最初用于信号的运算，故称为集成运算放大器，简称集成运放。基本结构通常由4部分组成，即输入级、中间级、输出级和偏置电路。

集成运放符号：

国家标准符号和常用符号

集成运放的电路模型：

$输入电阻r_{id},输出电阻r_o,受控电压源A_{od}u_{id}，u_{id}=u_+-u_-，A_{od}为开环电压放大倍数$
$u_o与u_{id}的关系，与最大不失真输出电压U_{omax}的关系类似，分为线性区和非线性区$

理想集成运算放大器

理想运放，机集成运放的性能指标理想化
$开环电压增益A_{od}=\infty$
$输入电阻r_{id}=\infty$
$输出电阻r_o=0$
$转换速率S_R=\infty$

将放大电路的输出量通过一定方式淫回到输入端来影响输入量，称为反馈。
若反馈的结果使输出量变化减小，则称负反馈，反之正反馈

线性区特点

1.输入电压$u_{id}$等于零
$u_o=A_{od}u_{id}=A_{od}(u_+u_-)$
$由于u_o为有限值，而A_{od}=\infty ，因而输入电压u_{id}=0(u_+=u_-)$
输入端—称之为虚短。

2.输入电流等于零
由于理想运放输入电阻为无穷大，因此流入理想运放的两个输入端的电流为：
$i_-=i_+=\dfrac{u_{id}}{r_{id}}\approx 0$
输入端—称之为虚断。

非线性区特点

1.输入电压只有高低电平
$u_o = \left\{\begin{array}{rcl}\ U_{OH}&&u_+>u_-\\U_{OL} &&u_+<u_- \end{array}\right.$

2.输入电流等于零
具有”虚断”，但一般不具有”虚短”特点

基本运算电路

当电路电阻满足条件$R_f/R_1=R_3/R_2$
$u_o=-\dfrac{R_f}{R_1}(u_{i1}-u_{i2})$

电压跟随器+反相加法电路
先取反再相加

由于$A_1$构成反相比例电路，则
$u_{o1}=-\dfrac{R_2}{R_1}u_{i1}$
而$A_2$构成反相加法电路，则
$u_o=-R_5(\dfrac{u_{o1}}{R_4}+\dfrac{u_{i2}}{R_3})$

若$R_1=R_2、R_3=R_4=R时$
$u_o=\dfrac{R_5}{R}(u_{i1}-u_{i2})$