时至今日，越来越多的东西被冠上“数字（digital）”的前缀：数字随身听（mp3），数码相机，数码相框……一直到数字化生活，那么在浩如烟海的数字设备出现之前我们采用的是什么技术呢？
首 先来看看什么叫做“数码产品”，数码产品得名于内部使用数字电路进行信息的储存和处理。所谓“数字”是指仅仅采用有限个离散的状态来储存和表示信息，例如 数字电路中常见的利用“0”和“1”来表示和储存数据，由于这两个状态的差别往往非常明显，因此在储存，传输和处理的过程当中不易损坏和失真。
相 对的，如果采用连续的状态来表示，储存和处理信息的方式就被称为“模拟（analog）”。由于表示的是无数连续状态中的一个，那么任何一点点的干扰都会 使模拟的信号发生失真 。用一个形象的比喻说数字和模拟技术的区别就是，数字技术像写书，每次抄写和复印都不会使书得内容发生变化；而模拟技术像绘画，就算是临摹的再好和原作也 是有区别的，所以复制N次之后往往会大有不同。
然而自然届中绝大多是的信号和事件都是以模拟的形式存在的，比如人眼的7色彩虹是连续变化的，用再高倍数的望远镜也没法出其中的”像素“。而人类在开始使用绘画，摄影，留声机等技术来记录这些信息的时候也都是从模拟的方式开始的。
从 很早开始人们就不再仅仅是被动地接收自然界得模拟信号，而开始主动的对这些信号进行处理了，其中放大器是运用得最为广泛，也是最早的方式之一。我们每天都 会开关水龙头，这个动作就可以看做是一个典型的模拟信号放大系统——我们用很小的力控制水龙头的位置却可以得到流量可变的，压力很大的水流。
当 人们进入电气时代之后，就开始了对电信号放大的不断探索。1880年，爱迪生在进行灯泡研究的实验当中在普通灯泡的两个电极之外又加入了第三个电极，并且 还加入了一些箔片，他惊奇地发现在第三极通正电时箔片毫无反应，但是在通负电时箔片有翻腾的运动。他不经意的这个发现实际上就是真空电子二极管的雏形。
到 了1904年约翰·弗莱明基于爱迪生效应的原理发明了真空二极管，而在1907年李·德佛瑞斯特 发明了第一个真空三极管，从此世界进入了电子时代。在此之后到了1947年，基于半导体技术的双极型三极管被贝尔实验室的约翰·巴丁、沃尔特·布喇顿和威 廉·肖克利发明出来，电子技术进入了猛进的黄金时代，并且越来越多的进入到人们的生活当中。
模拟放大器的本质是利用一个较小幅度或者功率的 信号去控制一个较大幅度或者功率的信号。例如电吉他，大家都知到电吉他很多都是没有共鸣腔的，实际用手拨弦产生的声音其实非常小，但是利用的电子放大装置 可以产生整个体育馆都为之沸腾的声音。在电吉他的琴弦下方装有磁铁，当的金属琴弦发生震动的时候会切割磁铁的磁感应线而产生微弱的电压，利用这些电压作为 放大器的输入来控制更大功率的电信号驱动扬声器从而产生很大的声响。最初采用电子管的功率放大器的至少都有手提箱大小，而现在在手机中使用的半导体技术功 率放大器仅仅有几个平方毫米。
虽然在生活中越来越多的信号处理，储存采用了数字技术，但是模拟技术仍然是我们观察世界入口医院里的生化设备，相机中的光学传感器，手机里的加速度计和陀螺仪等等使用的都是最先进的模拟技术。
在数字化生存的时代，我们仍然离不开传统的模拟技术，因为真实的世界总是“模拟”的。
在序章中我们讲到，放大器是一种非常有代表性的模拟电路，那么到底什么叫做放大器呢？首先放大器 在系统当中可以看作一个“输入->黑盒->输出”的模型。在广义上，输入和输出可以是各种不同类型的，其中还可以包含物理量转变的过程。在狭 义上，放大器是对相同的物理量进行“放大”，因为只有物理量的量纲相同才能有数值上的倍数关系。
例如，我们常见的麦克风电路，就是将声音信 号转变为电信号，然后将电信号的功率放大输出到信号采集设备当中。因此在这种情况下放大器的放大倍数单位（Gain）为dB/V，其中dB为声音的强度单 位（在这里是有绝对大小的，在空气中0dB声参考声压为20uPa，这和电学中的相对单位dB有所区别），而V为电压单位。而在音频功率放大器中是将电信 号转换为声音，放大倍数单位为V/dB。而将以上两个系统串联起来形成一个新的放大系统，这个系统的输入输出就都是声音信号，增益就可以表示为一个没有单 位的常数，例如100。这个倍数100也可以表示为相对量20dB来表示。
在这里数次提到的dB这个单位，在声学和电学当中都有非常重要的意义，而且很多时候容易混淆。更加详细的说明会在《模拟电子——从放大器说起（番外）》中提到。
那么一个理想当中的放大器的基本特征是什么样的呢？
1. 不能对输入的前级信号产生影响，简而言之就是默默的接入了，这样就不需要因为引入放大器而对前级做任何的特殊处理。换句话说就是输入信号不需要向放大器提供任何能量。
2. 输出是不受到后级接入系统的影响的，也就是任尔东西南北风我自岿然不动的输出，这样的话就可以适应各种后级而不担心引入额外的问题。也就是放大器的能量输出能力为无限的。
3. 放大倍数（转换系数稳定），也就是说它的性能不会随着外部条件的变化例如温度，湿度，外部能量源（大部分时候为电源）等等的影响永远保持恒定。
4. 不受输入信号的幅度影响，如果一个放大器的放大倍数为10，那么对于输入信号是1，那么输出信号就应该为10，输入信号为10的时候，输出应该为100。无论输入什么值，输出总是这个值的10倍。
5. 输入信号带宽无限大，这是对于快速变化的信号而言的，指的是无论输入信号变化得多快放大器的输出都要立即跟上输入。
那 么在现实当中，电子线路中是如何实现放大的呢？在有源电子元器件例如电子管和晶体管出现之前，我们已经可以利用变压器实现电压的转换。变压器可以根据两个 绕组的匝数比来将输入的电压转换为N倍输出电压。但是因为是无源器件，因此输出端所有的能量都来自于输入端，与理想放大器的特征里面的第1条和第2条差距 非常大。
而以电子管和晶体管为基础的有源放大电路将输出信号的能量来源与输入信号分开，使放大器的性能进一步向理想放大器接近。
在之前的章节已经说道，如果要实现一个放大器的功能，需要一个固定的放大倍数（Gain），这也就是说输出信号应该是跟随输入信号变化而变化，换句话说输出信号应该要受到输入信号的控制。
在 电子学中使用的最多的两个物理量就是电压和电流，这也是比较容易控制和相互转换的两个物理量。那么由这两个量就可以引申出4个不同的控制模式：电压 ->电流，电压->电压，电流->电流以及电流->电压。最简单的电阻就可以实现电流->电压，或者电压->电流的 转换，但是与变压器相同的，电阻也是无源器件，这意味着输出端无法提供比输入更多的能量。
我们当然希望能有一个理想当中的对输入没有影响的可控源，但是，在有源放大电路出现之前，这些概念还基本上只是纸上谈兵。
李·德佛瑞斯特（Lee De Forest） 在1907年制作出第一个基于真空电子管原理的三极管，开启了用电压来控制电流的新时代。
真 空管的基本原理是：当一个极板上的电子被加热之后会被激发，变成自由度很高的电子，在电场的影响下会飞向电势高的方向。需要注意的是，这里因为被激发的是 电子，因此携带的是负电荷， 因此电子向电势高的地方“飞”去，电流（在这里是等效的正电荷流动）还是从电势高的地方流向电势的地方。
在 真空二极管当中有两块极板和一条加热用的灯丝（Heater），靠近灯丝一边的为发射电子的阴极（Cathode），远离灯丝的地方有一个接收电子的极板 为阳极（Plate） 。在阳极电压高于阴极的时候，自由电子可以从阴极飞到阳极去；而当阳极电压低于阴极时，因为阳极没有被加热，无法产生自由电子，所以没有电子从阳极飞向阴 极，产生不了电流。这样就形成了二极管单向导通的特性。
从二极管的工作原理可以看出，如果阴极和阳极之间电压发生变化那么就会影响电子的流 速（电场的大小决定了在电子上施加的力的大小） ，因此可以形成一个简单的电压->电流的控制，但是与电阻相似，所有产生的负载电流都会流经用来控制的电压源上，也就是说所有的能量仍然来自于控制 用的电压源，并没有我们所期望的那样用一个小的能量去控制一个更大的能量。
为了实现以小控大的目的，后来我们在二极管的阳极和阴极之间加入了一个新的“栅极”（Grid），之所以命名为栅极是因为它不是一个完整的极板而是一种栅栏或者是网状的结构。这样就可以在提供控制电子流速的电压同时，让绝大部分电子穿过栅极仍然进入阳极。
三极管栅极控制示意图
然而，三级管的栅极仍然会吸收一部分的电子形成栅极电流，因此并不能成为完全的高阻抗输入（对于电压型信号来说，高阻抗输入即为不吸收能量的一种输入形式；相对的对于电流型信号低阻抗输入为较为理想的输入形式）。 因此在需要放大倍数比较大的场合也会使用多级串联的方式。
真 空电子管需要灯丝加热阴极，所以功耗巨大。而且在真空管内的结构复杂，体积巨大；因此并没有作为大规模使用的电子元器件普及到千家万户（CRT电视机和显 示器的屏幕倒是可以算真空管家族的一员）。但是它仍然作为雷达，计算机，音频功率放大器等等当时尖端科技最重要组成部分，扮演了自己在历史上光荣角色。
1947年12月，贝尔实验室的约翰·巴丁、沃尔特·布喇顿在威廉·肖克利的指导下共同发明了点接触形式的双极性晶体管，从这一天开始整整一个时代拉开了序幕 。
在 介绍半导体三极管之前，首先介绍一个半导体技术当中一个非常重要的概念：掺杂。半导体的基本材料硅拥有和同族元素碳类似的结构：最外层有4个电子。当硅组 成晶体结构的时候，这些电子被牢牢的束缚在晶体结构之内，需要比较大的能量才能释放出来。当一个外层有5个电子的元素杂质进入这种晶格结构的时候就会有多 一个电子不用参与形成化学键，处在自由自在的状态，这样的电子可以很轻易的随着电势的影响而迁徙，成为自由的电子。我们将这种为基础材料注入自由电子的掺 杂成为n型掺杂。与此同时，相应的，如果有外层只有3个电子的元素进入了晶格结构，就会在化学键上形成一个空缺，这样的话就形成了一个可以容纳电子的空 位，可以捕获经过的电子，这就是P型掺杂。
三级管的基本结构非常简单，由三个掺杂浓度不同的半导体材料组成。以NPN型三极管为例，分别为n++发射极(高浓度的n型掺杂，意味着有大量自由可发射的电子存在)，P基极（低浓度p型掺杂表示有少量可以容纳电子的空穴存在），n+集电极（次高浓度的自由电子，可以起导电的作用，以及防止在基极没有电压的时候电流从集电极直接流入到基极）
从结构上可以看出来如果基极上没有足够高的电压，电子没有获得足够高的动能的话是无法从发射极（E）穿越充满着可以捕获电子的空穴的p掺杂基极（B）而到达 集电极（C）的。然而一旦我们在基极机上一点电压，让自由电子们先有一个助跑起来它们就可以一鼓作气利用动能冲过P型掺杂当中空穴陷阱的封锁到达最终目的 地集电极（C）。但是在此过程当中还是会有电子落入基极的空穴陷阱，从而形成了相对比较微小的基极电流。在特定条件下，穿越过基极的电子的数量和被基极捕 获的电子的数量有一个大致恒定的比值，这也就决定了集电极电流和基极电流的比值我们一般称这个值为Beta。
基极与发射极的电压差越大，电子们起跑的速度就越快，单位时间内就有更多的电子有能力穿越P型掺杂封锁，因此双极型三极管可以被看作电压控制的电流源。基极电压和发射极电流的关系一般可以如下表示：
可以看出，发射极电流电流的关系随着VBE的上升称指数增长！好强力的放大能力啊！！可惜不线性啊！！！
于 是大家回头一看，不是有个Beta吗，那个不是挺线性的吗？是不是可以将三极管当作电流控制电流的器件来用呢？我们将基极串联一个电阻就可以将电压信号转 换为电流信号了（为什么可以这样？？大家可以想想基极电压的性质哦）。因此也有很多人将双极性三极管成为电流控制电流型的放大器，这种说法不那么精确但是 可以很好的描述这种应用方式。但是需要提到的是根据物理学本质来说双极型三极管还是一个电压控制电流的器件。
说了这么多……终于开始进入正题啦，下一回就可以讲讲实际的放大器了……
啊对了，这个电流真的只收VBE控制吗？？？实际上也会受到VCE也就是集电极到发射极的电压的影响啦，不过不是那么明显。只受一个主要因素控制的放大器！真是比电子管好了很多啊！！从下图可以看到随着VCE的增加，即使同样的VBE条件下IC还是在微微增大哦。
在了解了三极管／MOSFET的原理之后，就可以涉及具体的电路来放大信号了。但是刚一拿起铅笔和稿纸就发现一个非常现实的问题那就是三极管或者是 MOSFET的放大倍数都不是那么稳定的，例如说三极管的电流增益Beta就是受到工艺影响非常大的一个指标，如果我们要对信号进行非常精准的放大仅仅依 靠三极管的原生放大倍数肯定是不行的。
在实际生活当中也可以找到非常生动的例子。如果让一个射击运动员在开完一枪之后，闭上眼睛但是手臂保 持不动在开一枪是很难再打中目标的，但是只要让他睁着眼睛就可以再次射中同一个目标。这是因为人的眼睛在根据看到的情况不断给大脑提示同时修正枪口的指 向。这就是一种视觉到行为的反馈系统，这个反馈系统会不断调整以使误差不断变小，也就是说行动的目的是与观察的结果反向的（若果眼睛的观测结果是偏左的误 差，手的运动就会让枪口向右运动从而减小向左的误差）。这种反馈机制就被称为为负反馈（negative feedback）。负反馈是一种让系统趋于稳定的机制，在电路设计当中被非常广泛的应用。
在单个三极管的放大器中，有一种结构就是采用的负反馈的机制。如图所示，一个非常典型的带有负反馈的共射三极管放大电路。
在 这个电路中我们的目的是实现一个电压到电压的放大，然而在我们面前最大的问题是三极管的电压电流特性是指数型的，也就是说电压变化一点点，电流就有很大的 变化。因此我们在传统的共射三极管电路当中加入了电阻RE来作为负反馈。RE的工作原理是：当VBE增大的时候，三极管上的电流Ic就会相应增大，此时 RE上的压降也会相应升高；这样就反而减小了Vbe（因为Vb＝Vin相对于GND的值没有变，而Ve升高了）。这就是典型的负反馈，这样的反馈导致的直 接结果就是Vbe的电压始终保持在三级管导通电压附近（就如同上面的例子一样，枪口始终对准目标）。
与此同时我们得到的间接结果就是电阻RE上的电压会随着输入电压Vin的升高而同步升高，而电流Ic＝Vin/RE。最后的输出为dVout＝－RC/RE＊dVin，我们可以看到这样就实现了一个放大倍数由外部电阻决定的反向放大器。
综 上所属，负反馈在放大器中的应用绝大部分都是为了让整个电路的某一个特性（某点的电压／电流）进入一个已知的，稳定的状态，利用这个状态和电路上其他元器 件的配置达到确定／精确的放大效果。在分析电路的时候只要现找到负反馈导致的稳定态具体是什么就可以很容易地掌握电路地工作状态了。
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