Назначение и классификация электронных усилителей

~ ЛЕКЦИЯ 10 ~

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Электронные усилители используют для усиления слабых сигналов в информационной, медицинской и радиоэлектронике. В информационной электронике – в системах контроля и управления для усиления сигналов низкой частоты и постоянного тока, флуктуационных сигналов при контроле параметров металлургических агрегатов, выделения и усиления сигналов определенного частотного диапазона (избирательные усилители).

Усилители классифицируют:

Ø по типу усилительного прибора (полупроводниковые и ламповые);

Ø по виду усиливаемого сигнала (усилители тока, напряжения, мощности);

Ø по структуре усилителя (однокаскадные и многокаскадные рис. 1 и 2);

Ø по форме усиливаемого сигнала (постоянного и переменного тока, импульсных сигналов);

Ø по назначению (усилители низкой или высокой частоты, постоянного тока, резонансные, избирательные).

Рис. 1. Структурная схема однокаскадного усилителя.

Рис. 2. Структурная схема многокаскадного усилителя.

В многокаскадных усилителях для связи каскадов используют резистивную или гальваническую связь (в усилителях постоянного тока), резистивно-емкостную и трансформаторную связь (в усилителях переменного тока и импульсных). Для согласования каскадов по сопротивлению применяют усилители тока (эмиттерные повторители) или трансформаторы связи.

ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

Наиболее важными для оценки работы усилителей являются амплитудная, амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики.

Амплитудная характеристика- это зависимость амплитуды выходного сигнала усилителя от амплитуды сигнала на входе, снятая при постоянной частоте входного сигнала (f_ВХ=400 или 1000 Гц)

А_ВЫХ=F(А_ВХ) | f_ВХ=const,

где А – ток (I), напряжение (U) или мощность (Р).

Например, амплитудная характеристика, снятая по напряжению (рис. 3)

U_ВЫХ=F(U_ВХ) | f_ВХ=const.

Рис. 3. Амплитудная характеристика электронного усилителя.

На амплитудной характеристике наблюдаем три зоны: I - зона нечувствительности усилителя, когда на его выходе присутствует собственный шумовой сигнал (Uш); II - зона усиления, когда U_ВЫХ=kU_ВХ (k – коэффициент усиления) и отсутствуют искажения сигнала; III - зона нелинейных искажений, когда усилительный прибор из-за увеличения U_ВХ работает на нелинейных участках вольтамперных характеристик (режим насыщения и отсечки).

Амплитудно-частотная характеристика- это зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты сигнала на входе, снятая при постоянной амплитуде входного сигнала (рис. 4)

А_ВЫХ=F(f_ВХ) |  A_ВХ=const.

Например, амплитудно-частотная характеристика усилителя напряжения

U_ВЫХ=F(f_ВХ) | U_ВХ=const.

При снятии этой характеристики величина U_ВХ выбирается из середины зоны II амплитудной характеристики.

Рис. 4. Амплитудно-частотная характеристика усилителя:

1- низкой частоты; 2- постоянного тока; 3 –резонансного.

Фазо-частотная характеристика - это зависимость фазы выходного сигнала j_ВЫХ от частоты по отношению к фазе сигнала на входе j_ВХ, снятая при постоянном входном сигнале (рис. 5)

Dj=F(f_ВХ) | А_ВХ =const,

где Dj=j_ВЫХ -j_ВХ,

А_ВХ – амплитуда сигнала середины зоны II амплитудной характеристики.

Рис. 5. Фазо-частотная характеристика усилителя:

1 – расчетная; 2 – реальная; f_О - средняя частота диапазона.

ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЕЙ

Параметры усилителей определяют по их характеристикам, значениям сигналов на входе и выходе усилителя. На величину параметров влияют конкретная схема усилителя, частотный и температурный диапазоны работы, используемый усилительный прибор.

Коэффициент усиления – это отношение амплитуды сигнала на выходе усилителя к амплитуде сигнала на входе:

.

Это безразмерный коэффициент для однокаскадного усилителя. Для многокаскадного усилителя:

K_ОБЩ= K₁× K₂×...×K_n,

где 1,2,...,n – количество каскадов.

Можно определить коэффициент усиления в логарифмических единицах децибелах (дБ). Например, коэффициент усиления по напряжению: