1.1.3 Принцип усиления

Усилитель состоит из активных и пассивных элементов и источника электропитания, соединенных между собой в определенном порядке. Активные элементы служат транзисторы или электронные лампы пассивные - резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности.

В качестве источников электропитания используются химические источники и выпрямители. Простейший усилитель один усилительный элемент.

Усилительный элемент вместе с элементами, обеспечивающими режим работы усилителя и связь с источником сигнала и нагрузкой называют усилительным каскадом или каскадом,

8

Принцип усиления, рассмотрим на примере однокаскадного усилителя, простейшая схема которого приведена на рисунке 1.2.

Основными элементами каскада являются усилительный элемент (УЭ) и резистор R_н, выполняющий роль нагрузки. Совместно с источ­ником электропитания Е эти элементы образуют выходную цепь каска­да. Усиливаемый сигнал U_вх подается на вход каскада, а усиленный U_вых снимается с выхода или с резистора нагрузки R_н.

Усиление—это преобразование энергии постоянного напряжения в энергию переменного напряжения вследствие изменения сопротив­ления усилительного элемента, вызываемого изменением параметров входного сигнала.

Усилительный каскад представляет собой электрическую цепь, состоящую из источника электропитания Е, нагруженного двумя

соп­ротивлениями. Одно из них - постоянное ( в данном случае это резис­тор нагрузки R_н ). Другое - переменное (это внутреннее сопротивление R_вн усилительного элемента УЭ). Так как для электропитания уси­лителя используется источник постоянного напряжения, то ток в вы­ходной цепи от источника электропитания протекает в одном направ­лении: от +Е, ┴, через усилительный элемент, резистор нагрузки R_н к -Е. Значение этого тока определяется сопротивлениями ( R_н и R_вн).

I_н =E / (R_н +R_вн) . ( 1.1 )

.

Под действием подаваемого на вход переменного напряжения сиг­нала значение сопротивления R_вн усиливаемого элемента изменяется. В результате этого изменяется значения тока в выходной цепи, хотя он и остается однонаправленным. Можно принять, что изменяющийся по значению ток выходной цепи имеет постоянную I_о и переменную составляющие I_m . Переменная составляющая выходного тока является по­лезной. Протекая через резистор нагрузки R_н, переменная составля­ющая I_вых создаёт на нём переменное падение напряжения U_вых происходит процесс преобразования тока в напряжение.

Так как сопротивление резистора нагрузки большое по величине, то и падение напряжения на нём большое на величине (значительно больше напряжения входного сигнала). Это выделяющееся на резисторе нагрузки R_н переменное напря­жение и является усиленным, т.е. выходным U_вых. Мощность сиг­нала на выходе усиливаемого каскада также будет больше мощности сигнала на входе ( она увеличивается за счёт энергии источника элек­тропитания ). Мощность на выходе усилителя фактически является частью мощности источника электропитания, преобразованной в переменную мощность усиливаемого сигнала.

9

а )

б)

Рисунок 1.2 - Схема однокаскадного усилителя (а) и временные диаграммы

входного и выходного сигнала (б)

10

Вопросы для самопроверки

1 Какое устройство называется усилителем ?

2 С помощью каких приборов осуществляется усиление сигнала ?

3 Что называется входной и выходной цепью усилителя ?

4 Что называется выходной мощностью усилителя ?

5 Как классифицируются усилители ?

6 Что называется усилительным каскадом ?

7 Отношение верхней частоты усиливаемых сигналов к нижней составляет 1000. К какому типу следует отнести данный усилитель.

8 Нарисуйте простейшую схему однокаскадного усилителя.

9 Нарисуйте входные и выходные характеристики усилителя.

10 Напишите формулу определения тока нагрузки в простейшем каскаде

усилителя.

11 Какая составляющая тока является полезной, а какая нет ?

12 Какой части мощности является мощность сигнала на выходе усилителя ?

Задачи для самостоятельной работы

1 Определите высшую частоту для усилителя высокой частоты, если низкая

частота равна 540 кГц ?

2 Определите низкую частоту в усилителе низкой частоты, если высшая

частот равна 15 кГц ?

3 Определите высшую частоту в широкополосном усилителе, если низкая

равна 20 Гц и коэффициент перекрытия частот равен 100000 ?

Литература

1. Гольцев В.Р., Богун В.Д., Хиленко В.И. Электронные усилители М.: Стандарты, 1990. С.4...8.

2. Цыкина А.В. Электронные усилители.-М.: Радио и связь, 1982.

с.7...10,75...78.

3. Федосеева Е.О. Усилительные устройства киноустановок.-М.: 1979, с. 9... 16.

4. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций.-4-е изд. -СПБ.: Корона принт, 2004.-c.180... 181.

11

Лекция 2

Экспресс - проверка знаний пройденного материала:

1 Нарисуйте структурную схему усилительного устройства

2 Нарисуйте схему однокаскадного усилителя

3 Нарисуйте временные диаграммы входного и выходного сигнала

усилителя

После изучения лекции 2 студент должен знать : основные параметры и характеристики электронного усилителя

Уметь: нарисовать основные характеристики электронного усилителя

План ( логика ) изложения матери