1 Загальні відомості

1.1 Основні означення

У багатьох галузях науки та техніки широко використовуються методи передачі різних видів інформації з допомогою електричних сигналів.

Електричним сигналом називають змінюються за певним законом напругу чи струм, відображаючи задану передаваєму інформацію.

Значення цих сигналів настільки малі, що виявляються недостатніми для приведення у дію відповідних приладів. Тому слабкі сигнали необхідно підсилювати .

Прилади, призначені для збільшення потужності електричних сигналів, називається підсилювачем.

В підсилювачі виконується процес неперервного керування енергію джерела живлення з допомогою невеликої енергії джерела сигналу, н.е. енергія джерела живлення перетворюється в енергію підсинюваних сигналів.

Електричні сигнали втримуються в результаті перетворення механічної, звукової, світлової та інших видів енергії в електричну. Пристрої, виконуючі такі перетворення, називають джерелами сигналу. До них відносяться мікрофони, фотоелементи, передаючі електронно-променеві трубки, звукознімачі, датчики та ін.

Форма сигналів визначаться характером інформації. Так, наприклад, звукові (механічні) коливання перетворюються за допомогою мікрофона у електричні, значення яких складають від декількох Герц до 20 - 25·10­³_­ Гц. Телеграфні сигнали являють собою імпульси достатньо великої довжини.

Для керування енергію джерела живлення при підсиленні електричних сигналів частіше всього застосовують електронні прилади, які володіють керуючими властивостями, - транзистори, електронні лампи та ін. Тому такі підсилювачі називають електронними підсилювачами.

Електричний сигнал, який потрібно підсилити, подається у керуюче коло, яка називається вхідним колом або входом підсилювача. Відповідно сигнал, який подається на вхід підсилювача, називається вхідним, а потужність, споживана вхідним колом підсилювача від джерела сигналу, називається вхідною потужністю.

Підсилений сигнал подається у навантаження, постає споживачем енергії підсиленого сигналу. Електричне коло, до якої підключається навантаження та джерело живлення, називається вихідним колом або виходом підсилювача. Потужність, віддаваюча у вихідне коло називається вихідною потужністю

Таким чином, підсилюючий пристрій складається з наступних частин: вхідного пристрою (джерела сигналу), власне підсилювача, навантаження та джерела живлення. У відповідності з цим структурну схему підсилюючого пристрою можна представити, як показано на рисунок 1.1

Джерело сигналу

Навантаження

Підсилювач

Джерело живлення

Рисунок 1.1 - Структурна схема підсилювача

1. Класифікація підсилювачів

Підсилювачі можна класифікувати по різним ознаках. Основні з них характер підсилюючих сигналів, діапазон частот (частота пропускання), призначення підсилювача, тип підсилюючих елементів.

По характеру підсилюючих сигналів підсилювачі підрозділяють на дві групи: підсилювачі гармонійних сигналів, н.е. періодично змінюючись сигналів, та підсилювачі імпульсних сигналів.

До підсилювачів гармонійних сигналів відносяться мікрофонні, магнітофонні, радіовіщаючі, відтворення та запису звука, та інші підсилювачі. Імпульсні підсилювачі, призначені для підсилення телеграфних, радіолокаційних сигналів, цифрових кодів та ін.

За діапазоном частот підсилювачі розподіляють на наступні групи: підсилювачі постійного струму та підсилювачі змінного струму.

Підсилювачі постійного струму підсилюють дуже повільно змінюючись напруги та струми (від f = 0 Гц до f = 10³ 10⁸ Гц). Вони підсилюють як змінні, так і постійні складові сигналу.

Підсилювачі змінного струму підсилюють тільки змінні складові сигналу. До них відносяться:

підсилювачі звукових частот – підсилюють електричні сигнали, відповідні звуковим коливанням (від 16 до 20000 Гц ). Їх називають також підсилювачами низьких частот;

підсилювачі високих частот - підсилюють коливання від сотень кГц до сотень МГц. Їх також називають підсилювачами радіочастот.

Широкополосні підсилювачі – підсилюють коливання у широкому діапазоні частот (від одиниць кГц до одиниць МГц).

За підсилюючих елементів розрізнюють транзисторні, лампові, магнітні, квантові, параметричні та інші підсилювачі.

За призначенням підсилювачі розподіляють на телевізійні, магнітофонні, вимірювальні, трансляційні та ін.

За електричним параметром підсилювального сигналу розрізнюють підсилювачі напруги, струму та потужності. Такий розподіл е умовним. Він залежить від того параметру сигналу, який для даного підсилювача е найбільш важливим, визначаючим призначення підсилювача. В кожному підсилювачі підсилюється потужність, але при підсиленні напруги або струму її значення не беруть до уваги. Підсилювач напруги забезпечує великі зміни напруги у навантаженні при малих змінах струму. А підсилювач струму забезпечує великий струм у вихідному колі при малих значеннях вихідної напруги.

Диференціальним підсилювачем називається симетричний каскад з двома входами та двома виходами. Диференціальний каскад виконується по принципу збалансованого моста, два плеча якого утворені двома резисторами, а двома других – транзисторами.

Живлення диференціального каскаду здійснюється за допомогою двополюсного джерела живлення. Так, як диференціальний каскад має два входи, це дозволяє підводити до каскаду диференціальний та синфазний сигнали. У загальному випадку вхідний сигнал має обидві складаючі сигналу.

Коефіцієнт підсилення характеризується способом підведення та зняття сигналу. Для підвищення коефіцієнта підсилення та розширення діапазону вхідних сигналів в каскад вводять ЗНЗ у виді опору. З підвищенням діапазону вхідного сигналу підвищуються нелінійні спотворення.

До основних метрологічних характеристик відносять:

- напругу зміщення;

- середній вхідний струм;

- розбаланс вхідних струмів.

Напруга зміщення (розбаланс вхідних напруг) – значення вхідної постійної напруги , при якому напруга на виході дорівнює нулю. Напруга зміщення визначає асиметрію каскаду по постійним складовим напруг та струмів.

Основні шляхи підвищення параметрів диференціального каскаду - підвищення коефіцієнту підсилення синфазного сигналу, підвищення вхідного опору, зменшення дрейфу напруги зміщення та вхідних струмів, зменшення середнього значення вхідного струм.

Найбільш широко використовується для підвищення параметрів диференціального каскаду використовується диференціальний каскад із генератором стабільного струму .

- симетрія схеми дозволяє послабити синфазний сигнал, отримати більш широку полосу пропускання та динамічний діапазон, чим у каскаді на одному транзисторі;

- можливість плавного та позиційного регулювання коефіцієнта підсилення зміненням напруги зміщення, що знаходить використання в схемах з автоматичним регулюванням підсилення (АРП).