Электронные усилители

1.Общие сведения об усилителях

1.1Структурная схема электронных усилителей

Электронным усилителем называют устройство, предназначенное для увеличения параметров электрического сигнала (напряжения U, тока I или мощности P) за счет энергии источника питания усилителя с помощью активных элементов (транзисторов, операционных усилителей и т.п.) при заданном уровне искажений.

Электронные усилители являются одними из наиболее важных и широко используемых устройств в системах передачи и обработки различной информации, представленной с помощью электрических сигналов. Высокая чувствительность, быстродействие, компактность, экономичность электронных усилителей обусловили их широкое применение в измерительной технике, электро- и радиосвязи, автоматике, вычислительной технике и т.п.

Классификация усилителей:

1.По роду усиливаемых сигналов:

• усилители гармонических сигналов;

• усилители импульсных сигналов.

2.По характеру изменения сигнала во времени:

• Усилителя постоянного тока;

• Усилители переменного тока:

• низкочастотные;

• высокочастотные;

• широкополосные;

• избирательного усиления.

3.По типу используемых элементов:

• ламповые;

• полупроводниковые;

• магнитные;

• оптоэлектронные;

Усилитель в виде четырехполюсника представлен на рис.1.

Рис.1.Усилитель в виде четырехполюсника

Электронный усилитель регулирует поток энергии от источника энергии в нагрузку, обеспечивая пропорциональное соответствие напряжения (тока, мощности) на нагрузке напряжению (току, мощности) источника управляющего сигналом (ИУС).

Структурная схема электронных усилителей представлена на рис.2.

Рис.2. Структурная схема электронного усилителя

Усилитель имеет входную цепь, к которой подключен ИУС и выходную цепь для подключения нагрузки (рис.3).

Рис.3. Обозначение усилителей на структурных схемах

1.2.Основные технические показатели и характеристики усилителей

Параметрами, характеризующими электронные усилители, являются:

1. Коэффициент усиления по напряжению ;

2. Коэффициент усиления по току ;

3. Коэффициент усиления по мощности ;

4. Дифференциальное входное сопротивление ;

5. Дифференциальное выходное сопротивление ;

Дифференциальное входное сопротивление определяет, насколько сильно изменится напряжение на выходе ИУС при подключении его ко входу усилителя, дифференциальное выходное сопротивление определяет изменение выходного напряжения усилителя при подключении нагрузки.

Для анализа и синтеза систем автоматического управления, содержащих усилители, используют логарифмические единицы оценки коэффициентов усиления, выражаемые в децибелах. Коэффициент усиления по мощности:

.

Поскольку мощность пропорциональна квадрату тока или напряжения, то для коэффициентов усиления по току и напряжению можно записать:

;

.

КПД усилителя определяется отношением выходной мощности , отдаваемой в нагрузку, к общей мощности , потребляемой от источника питания:

.

В зависимости от назначения, усилители имеют разную амплитудно-частотную характеристику (рис.4). Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – это зависимость модуля коэффициента усиления по напряжению от частоты усиливаемого сигнала. Диапазон частот, расположенных между нижней и верхней частотами, называют полосой пропускания усилителя. При этом частоты и - это частоты, на которых коэффициент усиления уменьшается в раз относительно коэффициента усиления на средней частоте.

Рис.4. Амплитудно-частотная характеристика

Кроме амплитудно-частотной характеристики существует фазовая частотная характеристика (ФЧХ), т.е. зависимость фазового сдвига между входным и выходным сигналами от частоты усиливаемого сигнала.

Рис.5. Фазовая частотная характеристика