Усилители классифицируются по ряду признаков, характеризующих как их возможности, так и качество усиления сигналов.
По диапазону усиливаемых частот усилители делят на усилители постоянного и переменного тока. Усилители постоянного тока (УПТ) усиливают сигналы от нулевой частоты до верхней граничной частоты fвопределяемой возможностями усилителя. Усилители переменного тока усиливают сигналы в диапазоне частот, определенном нижней fн, и верхней fв граничными частотами. Диапазон частот, в котором коэффициент передачи усилителя не опускается ниже оговоренного уровня, например, ниже уровня 0,707 номинального значения, называется полосой пропускания усилителя Δ f= fв - fн . По диапазону усиливаемых частот усилители переменного тока делят на усилители звуковых частот (УЗЧ), усилители радиочастоты (УРЧ) и широкополосные усилители.
Диапазон усиливаемых частот в УЗЧ простирается от fн = 20 Гц до fв = 20 кГц. Это диапазон частот, в котором различает звуки слуховой аппарат человека.
К УРЧ относят резонансные усилители, В этих усилителях диапазон частот, в котором происходит усиление сигналов, определяется как возможностями усилительного элемента, так и параметрами резонансных цепей, используемых в качестве нагрузки этого усилителя. В резонансных усилителях полоса пропускания Δ f во много раз меньше резонансной частоты контура: f0= (fв + fн)/2, т.е. Δ fн«f0.
Широкополосные усилители позволяют усиливать сигналы в диапазоне частот от единиц (десятков) Гц до единиц и десятков МГц.
По форме усиливаемых сигналов усилители делят на усилители непрерывных и импульсных сигналов. Качество непрерывных усилителей, к которым относятся УЗЧ и УРЧ, оценивается их способностью усиливать гармонические сигналы. В подобных усилителях сигналы изменяются медленно, поэтому в них, как правило, не учитываются переходные процессы. Импульсные усилители предназначены для усиления импульсных сигналов (радиоимпульсы локационных станций или видеоимпульсы в телевизорах). Так как длительности фронта и среза импульса имеют малую величину, то для импульсных усилителей характерны переходные искажения (выброс на вершине импульса и в паузе, неравномерность вершины импульса).
По типу усилительных элементов усилители делят на построенные на биполярных (БТ) и полевых (ПТ) транзисторах, электровакуумных приборах, интегральных микросхемах (ИМС), магнитных устройствах и т.д.
По области применения усилители разделяют на измерительные (высокоточные), используемые в измерительных приборах, микрофонные, а также усилители, предназначенные для многоканальных линий связи, управления излучателями света в волоконно-оптических линиях связи и т.д.
14.2. Основные параметры и характеристики усилительных устройств
К числу основных параметров и характеристик УУ относят коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления, амплитудно-частотную, фазочастотную, амплитудную и переходную характеристики. Рассмотрим эти параметры и характеристики более подробно.
Входное сопротивление Zвх характеризует внутреннее сопротивление УУ со стороны его входных зажимов (зажимы 1 — 1 на рис. 14.1, а). В общем виде входное сопротивление является комплексной величиной, представляющей собой параллельное соединение активного сопротивления Rвх и реактивного сопротивления 1/(jω)Свх, характеризуемого входной емкостью Свх усилителя. Обычно стремятся к тому, чтобы сопротивление Rвх было большим, а емкость Свх как можно меньше. В этом случае можно достичь малого входного тока и улучшения частотных свойств УУ. Однако имеются случаи применения усилителей, когда требуется иметь малое Rвх. Это необходимо, например, при согласовании входа усилителя с выходным сопротивлением радиочастотного коаксиального кабеля (РКК). Так, при волновом сопротивлении РКК, равном 75 Ом, сопротивление Rвх также должно быть равно 75 Ом. В этом случае исключается переотражение сигнала в РКК и, соответственно, исключается искажение сигнала в линии связи.
Выходное сопротивление Zвых характеризует внутреннее сопротивление УУ относительно его выходных зажимов (зажимы 2 — 2 на рис. 14.1, а). В общем виде выходное сопротивление является комплексной величиной и представляет собой параллельное соединение активного сопротивления Rвых и реактивного сопротивления 1/(jωСвых), характеризуемого выходной емкостью усилителя. При построении усилителей стремятся к тому, чтобы величины Rвых и Свых были как можно меньше. В этом случае уменьшается падение напряжения на внутреннем сопротивлении усилителя и, соответственно, достигается большая сигнальная мощность на нагрузочном сопротивлении ZH. Снижение величины Свых позволяет улучшить частотные свойства усилителя. В случаях необходимости специального применения выходное сопротивление Rвых усилителя задается конкретной величиной, например, при согласовании выхода усилителя с РКК. В этом случае Rвых должно быть равно волновому сопротивлению РКК для исключения искажений сигнала в кабеле.
Коэффициент усиления представляет собой отношение амплитуд выходного и входного сигналов усилителя. Различают коэффициенты усиления напряжения, тока и мощности соответственно:
(14.1)
(14.2)
(14.3)
где Uвх и Uвыx — амплитуды напряжений на входе и выходе УУ; Iвх и Iвыx — амплитуды входного и выходного токов; Pвхи Pвыx — мощности сигналов на входе и выходе УУ.
Из выражений (14.1) — (14.3) вытекают очевидные соотношения:
КР
= К,К; КР =
Коэффициенты усиления могут быть выражены не в относительных, а в логарифмических единицах. При условии, что Zн = Zвх = R, имеем
Логарифмический масштаб удобен тем, что при вычислении коэффициента усиления многокаскадного УУ перемножение коэффициентов усиления его отдельных каскадов заменяется их сложением.
Коэффициент усиления усилителя является комплексной величиной. В показательной форме он представляется в виде K(jω) =K(ω)ехр[jφ(ω)], где К(ω) — модуль, а
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.