6. Усилители

1 Основные параметры

Электронный усилитель - это устройство, повышающее напряжение, ток и мощность электрического сигнала за счет управ­ления током мощного источника питания. Практически везде, где применяются электронные устройства, электрические сигналы приходится усиливать, причем в каждом конкретном устройстве требуются свои параметры, и характеристики усилителя. Выпускать готовые усилительные устройства с очень широкой номенклатурой, удовлетворяющие любого потребителя, практически невозможно. Поэтому промышленностью освоен выпуск ряда базовых электронных усилителей, параметры и характеристики которых можно перестраивать внешними цепями, Особое место среди них занимают операционные усилители (ОУ), которые в настоящее время являются универсальными базовыми элементами для построения электронных усилителей и других аналоговых узлов электронной аппаратуры.

Параметры и характеристики усилителей на основе ОУ

Список основных параметров электронных усилителей содержит более 30 наименований. Одним из важнейших параметров является коэффициент усиления по напряжению Кu - отношение выходного напряжения усилителя к входному напряжению.

Кu =Uвых /Uвх .

Такие параметры как входное сопротивление Rвх и выходное сопротивление Rвых позволяет оценить согласование электронного усилителя с другими электронными узлами, подключенными к усили­телю.

Входное сопротивление Rвх позволяет рассчитывать влияние входной цепи усилителя на электрические параметры устройства, подключенного к ней, и определять мощность, потребляемую вход­ной цепью усилителя.

Rвх = dUвх / dIвх, где

dUвх - приращение напряжения на входе усилителя;

dIвх - соответствующее dUвх приращение тока на входе усилителя.

Ряд параметров, таких как напряжение смешения Uсм, входной ток Iвх, нелинейность коэффициента усиления (зависимость К от входного напряжения), максимальный размах выходного напряжения и прочие, определяют отличие свойств реальных усилителей от идеального линейного усилителя и позволяют определять погрешности усиления входного сигнала. Для этих же целей вводится ряд характеристик усилителей - амплитудно-частотная, фазочастотная, температурная, амплитудная и пр., позволяющих проследить зависимость основных параметров усилителей от параметров сигнала внешних цепей и окружающей среды.

2 Характеристики усилителя

2.1 Амплитудная характеристика

(АХ):

Рис.2-1 АХ усилителя

АХ определяет зависимость амплитуды выходного сигнала (тока,напряжения или мощности) от амплитуды входного сигнала А₂=F(А₁).

Рабочая область усилителя характеризуется его динамическим диапазоном. D_дб=20Lg(U_1max/U_1min) – динамический диапазон, выраженный в децибелах(дБ) (10раз – 20дБ, 100раз – 40дБ, 1000раз – 60дБ. и т.д.). Реальный динамический диапазон усилителя около 60 дБ.

2.2 Амплитудно-частотная характеристика (ачх).

Рис.2-2 Зависимость коэффициента усиления от частоты

Коэффициент усиления усилителя К изменяется с изменением частоты усиливаемого сигнала f. Зависимость K=F(f) содержит информацию как о коэффициенте усиления, так и о частотных свойствах.

Рис.2-3 АЧХ различных усилителей

Чтобы исключить коэффициент усиления вводится параметр M=К_f /К₀ – коэффициент частотных искажений. Частотные свойства определяются АЧХ – это зависимость M=F(f), где f-частота.

Рис 2-4 Типичная АЧХ усилителя

Наиболее часто встречается АЧХ вида, показанного на рис.

Здесь f_н – нижняя граничная частота, f_в – верхняя граничная частота.

∆f=f_в-f_н – полоса пропускания.

Если ∆f>>f₀ – усилитель широкополосный. Когда ∆f<<f₀ – усилитель узкополосный. Для усиления звуковой частоты f_н=20-60 Гц; f_в=5-25 кГц.