放大电路，或称为放大电路，可以增加信号的输出功率。它通过电源获得能源，以控制输出信号的波形与输入信号一致，但振幅较大。放大器电路也可视为可调输出电源，用于获得比输入信号更强的输出信号。四种基本类型的放大器是电压放大器、电流放大器、互导放大器和互阻放大器。进一步的区别在于输出是线性还是非线性。放大器也可以通过信号链中的物理位置进行分类。
通过以下一系列指标来衡量放大器的质量：
1、输出与输入信号的比率
2.带宽，有用频率范围的宽度
3.效率、输出功率与总功率消耗之间的比率
4.线性、输入和输出之间的比例
5、噪声，混入到输出的不想听到的声音
6.输出动态范围，最大和最小有用输出电平的比例
7.摆率，输出最大变化率
8.上升时间、建立时间、振铃和过冲阶跃响应表示
9、稳定性，避免自振荡的能力
放大器可根据其输入和输出属性区分规格。它们显示增益的性质，即输出信号和输入信号范围之间的比例系数。根据其增益类型，可分为电压增益类型（voltage gain）、电流增益（current gain）、功率增益（power gain），或其他单位。例如，互导放大器（transconductance amplifier）增益单位为电导(输出电流除以输入电压)。在大多数情况下，输入和输出是相同的单位，增益不需要标记单位（除了强调电压放大或电流放大），实际上通常是db（decibels）标示。
四种基本类型的放大器如下：
电压放大器 - 这是最常见的放大器类型。输入电压放大到较大的输出电压。放大器输入阻抗高，输出阻抗低。
电流放大器 - 放大器可以将输入电流变为更大的输出电流。放大器输入阻抗低，输出阻抗高。
互导放大器 - 该放大器在变化的输入电压下的响应为提供一个相关的变化的输出电流。
互阻放大器 - 变化输入电流下放大器的响应提供相关变化的输出电压。该设备的其他名称是跨阻放大器和电流电压转换器。
在实践中，放大器的功率增益取决于所使用的源阻抗、负载阻抗和内部电压/电流增益； 而一个射频（RF）放大器具有最大功率传输阻抗，音频和仪表放大器通常优化输入输出阻抗，使用最小负载，获得最高信号完整性。声称增益为20 dB放大器的电压增长可能是10倍，远远超过20倍 dB(100功率比)可用功率增益，但实际上可以提供更低的功率增益，比如输入600 Ω麦克风，输出连接到47 kΩ在功率放大器的输入端。
与分立器件相比，现代集成操作放大器(op amp)和仪表放大器(in-amp)它给设计工程师带来了许多好处。尽管提供了许多巧妙、有用、有吸引力的电路。通常情况下，由于电路组装匆忙，会忽略一些非常基本的问题，导致电路无法实现预期的功能 - 或者可能根本不工作。本文将讨论一些最常见的应用问题，并给出实用的解决方案。
最常见的应用问题之一是沟通(AC)耦合操作放大器或仪表放大器电路中没有偏置电流的直流(DC)回路。图1中，电容器与操作放大器的同相输入端串联，实现AC耦合是一种隔离输入电压(VIN)的DC重量的简单方法。这在高增益应用程序中尤其有用。在这些应用程序中，即使操作放大器输入端的小直流电压也会限制动态范围，甚至导致输出饱和。然而，在高阻抗输入端添加电容耦合，而不是为同一输入端的电流提供DC通道，会有问题。
图1.错误操作放大器AC耦合输入
事实上，输入偏置电流会流入耦合电容器并给其充电，直到超过放大器输入电路的共模电压的额定值或输出达到极限。根据输入偏置电流的极性，电容器将充电到正电压或负电压。放大器的闭环DC增益放大偏置电压。
这个过程可能需要很长时间。例如，场效应管(FET)当1输入放大器 pA偏置电流和0.1μF当电容器耦合时，其充电速率I/C为10–12/10–7=10 μV/s，或每分钟600μV。如果增益为100，则输出漂移为每分钟0.06 V。因此，一般实验室测试(使用)AC耦合示波器)无法检测到这个问题，电路只能在几个小时后出现。显然，完全避免这个问题是非常重要的。
图2.正确的双电源供电操作放大器AC耦合输入法
图2显示了一个简单的解决这个常见问题的方案。在这里，在操作放大器的输入端和地面之间连接一个电阻器，为输入偏置电流提供一个地面电路。为了最大限度地降低输入偏置电流引起的失衡电压，当使用双极操作放大器时，两个输入端的偏置电流应相等，因此通常应该是R1的电阻值设置等于R2和R并联阻值3。
但是，应该注意的是，电阻器R1总是会在电路中引入一些噪音，因此需要输入阻抗、耦合电容器的尺寸和电阻Johnson噪声之间的折衷。典型的电阻值一般为1万Ω ~1 MΩ之间。
仪表放大器电路中也会出现类似的问题。图3显示使用两个电容器AC耦合仪表放大器电路不提供输入偏置电流的返回路径。这个问题是使用双电源(图3a)和单电源(图3)b)电源仪表放大器电路很常见。
图3.不工作AC耦合仪器放大器实例
变压器耦合放大器电路中也会出现这样的问题，如图4所示。DC对地回路，这个问题就会出现。
图4.不工作的变压器耦合仪器放大器电路
图5和图6显示了这些电路的简单解决方案。在这里，在每个输入端和地面之间连接一个高电阻电阻(RA，BR)。这是一个简单实用的解决方案，适用于双电源仪表放大器电路
图5。在每个输入端和地面之间连接一个高电阻电阻，以提供必要的偏置电流电路。
a.双电源. b.单电源.
这两个电阻器为输入偏置电流提供了放电电路。在图5所示的双电源示例中，两个输入端的参考端接地。b在单电源示例中，两个输入端的参考端或接地(VCM接地)或偏置电压，通常是最大输入电压的一半。
变压器耦合输入电路(见图6)也可以应用同样的原理，除非变压器的次级有中间抽头，否则可以接地或接地VCM。
在这个电路中，由于两个输入电阻之间的不匹配和(或)两端输入偏置电流的不匹配，会产生一个小的不匹配电压误差。为了最大限度地减少失调误差，仪表放大器的两个输入端之间可以连接另一个电阻器(即桥接两个电阻器之间)，其电阻值约为前两个电阻器的1/10(但与差分源阻抗相比仍然很大)。
图6.仪表放大器变压器输入耦合方法正确
图7显示了仪表放大器驱动单端输入的模数转换器(ADC)单电源电路。当零差分输入时，放大器的参考电压提供相应的偏置电压ADC参考电压提供比例因子。仪表放大器的输出端和ADC的输入端之间通常接一个简单的RC低通抗混叠滤波器可降低带外噪声。设计工程师通常希望使用简单的方法，如电阻分压器、仪表放大器和ADC提供参考电压。因此，在使用某些仪器放大器时，会产生误差。
图7.仪表放大器驱动ADC典型的单电源电路
一般假设仪表放大器的参考输入端是高阻抗，因为它是输入端。因此，设计工程师通常希望将高阻抗源连接到仪表放大器的参考端，如电阻分压器。这是由某些类型的仪器放大器制成的用中会产生严重误差(见图8)。
图8.错误地使用一个简单的电阻分压器直接驱动3运放仪表放大器的参考电压引脚
例如，流行的仪表放大器设计配置使用上图所示的三运放结构。其信号总增益为
参考电压输入端的增益为1(如果从低阻抗电压源输入)。但是，在上图所示的电路中，仪表放大器的参考输入端引脚直接与一个简单的分压器相连。这会改变减法器电路的对称性和分压器的分压比。这还会降低仪表放大器的共模抑制比及其增益精度。然而，如果接入R4,那么该电阻的等效电阻会变小，减小的电阻值等于从分压器的两个并联支路看过去的阻值(50 kΩ)，该电路表现为一个大小为电源电压一半的低阻抗电压源被加在原值R4上，减法器电路的精度保持不变。
如果仪表放大器采用封闭的单封装形式(一个IC)，则不能使用这种方法。此外，还要考虑分压电阻器的温度系数应该与R4和减法器中的电阻器保持一致。最终，参考电压将不可调。另一方面，如果尝试减小分压电阻器的阻值使增加的电阻大小可忽略，这样会增大电源电流的消耗和电路的功耗。在任何情况下，这种笨拙的方法都不是好的设计方案。
图9示出了一个更好的解决方案，在分压器和仪表放大器参考电压输入端之间加一个低功耗运算放大器缓冲器。这会消除阻抗匹配和温度系数匹配的问题，而且很容易对参考电压进行调节。
图9.利用低输出阻抗运算放大器驱动仪表放大器的参考电压输入端
一个经常忽视的问题是电源电压VS的任何噪声、瞬变或漂移都会通过参考输入按照分压比经过衰减后直接加在输出端。实际的解决方案包括旁路滤波以及甚至使用精密参考电压IC产生的参考电压，例如ADR121，代替VS分压。
当设计带有仪表放大器和运算放大器的电路时，这方面的考虑很重要。电源电压抑制技术用来隔离放大器免受其电源电压中的交流声、噪声和任何瞬态电压变化的影响。这是非常重要的，因为许多实际电路都包含、连接着或存在于只能提供非理想的电源电压的环境之中。另外电力线中的交流信号会反馈到电路中被放大，而且在适当的条件下会引起寄生振荡。
现代的运算放大器和仪表放大器都提供频率相当低的电源电压抑制(PSR)能力作为其设计的一部分。这在大多数工程师看来是理所当然的。许多现代的运算放大器和仪表放大器的PSR指标在80～100dB以上，可以将电源电压的变化影响衰减到1/10,000~1/100,000。甚至最适度的40 dB PSR的放大器隔离对电源也可以起到1/100的抑制作用。不过，总是需要高频旁路电容(正如图1~7所示)并且经常起到重要作用。
此外，当设计工程师采用简单的电源电压电阻分压器并且用一只运算放大器缓冲器为仪表放大器提供参考电压时，电源电压中的任何变化都会通过该电路不经衰减直接进入仪表放大器的输出级。因此，除非提供低通滤波器，否则IC通常优良的PSR性能会丢失。
在图10中，在分压器的输出端增加一个大电容器以滤除电源电压的变化并且保证PSR性能。滤波器的-3 dB极点由电阻器R1/R2并联和电容器C1决定。-3 dB极点应当设置在最低有用频率的1/10处。
图10.保证PSR性能的参考端退耦电路
上面示出的CF试用值能够提供大约0.03 Hz的–3 dB极点频率。接在R3两端的小电容器(0.01 μF)可使电阻器噪声最小。
几倍(这里T=R3Cf= 5 s)，或10~15s。
图11中的电路做了进一步改进。这里，运算放大器缓冲器起到一个有源滤波器的作用，它允许使用电容值小很多的电容器对同样大的电源退耦。此外，有源滤波器可以用来提高Q值从而加快导通时间。
图11.将运算放大器缓冲器接成有源滤波器驱动仪表放大器的参考输入引脚
测试结果：利用上图所示的元件值，施加12 V电源电压，对仪表放大器的6 V参考电压提供滤波。将仪表放大器的增益设置为1，采用频率变化的1 VP-P正弦信号调制12 V电源。在这样的条件下，随着频率的减小，一直减到大约8 Hz时，我们在示波器上看不到AC信号。当对仪表放大器施加低幅度输入信号时，该电路的测试电源电压范围是4 V到25 V以上。电路的导通时间大约为2 s。
最后，单电源运算放大器电路需要偏置共模输入电压幅度以控制AC信号的正向摆幅和负向摆幅。当从电源电压利用分压器提供偏置电压时，为了保证PSR的性能就需要合适的退耦。
一种常用但不正确的方法是利用100 kΩ/100 kΩ电阻分压器(加0.1μF旁路电容)提供VS/2给运算放大器的同相输入端。使用这样小的电容值对电源退耦通常是不够的，因为极点仅为32 Hz。电路出现不稳定(“低频振荡”)，特别是在驱动感性负载时。
图12(反相输入)和图13(同相输入)示出了达到最佳退耦结果的VS/2偏置电路。在两种情况中，偏置电压加在同相输入端，反馈到反向输入端以保证相同的偏置电压，并且单位DC增益也要偏置相同的输出电压。耦合电容器C1使低频增益从BW3降到单位增益。
图12.单电源同相输入放大器电路正确的电源退耦方案。中频增益=1+R2/R1
如上图所示，当采用100 kΩ/100 kΩ电阻分压器时一个好的经验是，为获得0.3 Hz的–3 dB截止频率，应当选用的C2最小为10 ΩF，。而100 μF(0.03 Hz)实际上对所有电路都足够了。
图13.单电源反相输入放大器正确的退耦电路，中频增益=–R2/R1