Аналоговые устройства. Устройства на полупроводниковых диодах и транзисторах. Ампер-вольтная характеристика полупроводникового диода, страница 7

P^вых

                                                                                        K_P = .                                      (3.1)

P_вх

Если усилитель состоит из нескольких каскадов, то его коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления его каскадов

K = K₁ ⋅ K ₂...⋅ K _n ,                                  (3.2)

Вследствие того, что в усилителе часто содержатся реактивные элементы, его коэффициент усиления является комплексной величиной

K u = Kue jϕ, где 

U^вых

                                                                                   K_u =                                             (3.3)

U_вх - модуль коэффициента усиления;  ϕ- сдвиг фаз между U_вых и U_вх, т.е.

 ϕ = ψ_uвых − ψ_uвх .                                    (3.4)

Входное Z_вх и выходное Z_вых сопротивления

                                                                                     U^вх                         U^вых

                                                                      Z_вх =  ; Z_вых =                  ,                            (3.5)

                                                                                       Iвх                           Iвых

P^н

          Коэффициент полезного действия η =        .

Pпот

Амплитудная характеристика (АХ) – это зависимость амплитуды ^U_твых или действующего значения ^U_вых напряжения (тока) на выходе усилителя от амплитудного U_твх или действующего U_вх значения  напряжения (тока) на входе усилителя. График этой зависимости приведен на рис. 3.2.

Точка 1 соответствует напряжению шумов, измеряемому при U_вх = 0.

Точка 2 – минимальному входному напряжению, при котором на выходе усилителя можно различать сигнал на фоне шумов.

Участок 2-3 – рабочий участок, на котором сохраняется пропорциональность между входным и выходным напряжениями усилителя. После точки 3 наблюдаются нелинейные искажения входного сигнала при которых например изменяется форма сигнала на выходе усилителя.

Величина  U^{вх max}

                                                                                     D =                                            (3.6)

Uвх min

- характеризует динамический диапазон усилителя.        

Рис. 3.2. Амплитудная характеристика усилителя

Амплитудно-частотная характеристика и фазо-частотная характеристика (АЧХ) и (ФЧХ) – это зависимость модуля коэффициента усиления и угла сдвига фаз между U_вых и  U_вх от частоты рис. 3.3а, б.

Рис. 3.3. АЧХ (а), и ФЧХ (б) усилителя

Частоты f_н и f_в называются нижней и верхней граничными частотами, а их разность П = f_в − f_н - рабочей полосой частот усилителя.

1.2.  Обратные связи в усилителях

Обратной связью называют влияние части выходного сигнала на входной, который в свою очередь существенным образом влияет на выходной сигнал.

В усилителях используют, как правило отрицательные обратные связи (ООС). При наличии в схеме ООС часть сигнала с его выхода передается на вход усилителя в противофазе, т.е.

Δϕ=^ψ_uвых −^ψ_uвх =^180o. При этом входной сигнал уменьшается, что в свою очередь  приводит к уменьшению выходного сигнала. Несмотря на уменьшение коэффициента усиления, использование ООС в усилителях исключительно благотворно влияет на многие параметры и характеристики усилителя. В частности уменьшаются искажения формы сигнала, увеличивается полоса пропускания и т.д.

Различают ООС последовательную по напряжению, последовательную по току, параллельную по напряжению и току.

Рис. 3.4. Блок-схема усилительного каскада с последовательной обратной связью  по напряжению

На примере  схемы рис. 3.4 рассмотрим, как влияет ОС на параметры  усилителя. Усилитель без ОС характеризуется комплексным

U^вых коэффициентом усиления по напряжению K _u =        , а цепь обрат-

U _вх

ной связи характеризуется комплексным коэффициентом передачи

U^вых

                                                                               γ=   ,                                             (3.7)