Модуль 2

Тема: Электронные усилители

План:

1. Общие сведения и классификация электронных усилителей

2. Основные технические показатели электронных усилителей

3. Анализ схем усилительных каскадов

4. Режимы роботы усилительных элементов в усилительных каскадах

5. Анализ роботы выходных каскадов усилителя

6. Обратные связи усилителя

7. Дифференциальный усилитель постоянного тока

1. Общие сведения и классификация электронных усилителей

Электронный усилитель – это устройство, предназначенное для повышения мощности входного электрического сигнала за счет значительно большей мощности источника питания.

По характеру входного сигнала усилители делятся на усилители постоянного и переменного тока.

Усилители переменного тока в свою очередь делятся на усилители низкой частоты (УНЧ) с диапазоном усиления от 10 Гц до 20000 Гц (20 кГц), усилители высокой частоты (УВЧ) с диапазоном усиления от 20кГц до 120МГц и широкополосные усилители (видеоусилители)

С труктурная схема усилителя на рис. 1 содержит регулятор тока (в большинстве случаев - транзистор), нагрузку (пассивный элемент) и источник питания напряжения U.

Действие усилителя заключается в обеспечении условий, при которых мощный входной сигнал изменяя сопротивление регулятора тока, управляет изменением большого выходного напряжения обусловленного наличием выходной цепи мощного источника питания напряжением U. Минимальная часть эклектической схемы усилителя построенной на базе одного или нескольких транзисторов и способная усиливать электрический сигнал называется каскадом усиления. Усилители могут быть однокаскадными, то есть содержать один каскад усиления или многокаскадными, то есть содержать несколько последовательно содержанных друг с другом каскадов. На рис. 2 изображена схема двухкаскадного усилителя.

2. Основные технические показатели электронных усилителей

2.1 Коэффициент усиления усилителя по напряжению ( ), току ( ) или мощности ( ) называется величина, показывающая во сколько раз напряжение, ток или мощность сигнала на выходе усилителя больше, чем на его входе.

Коэффициент усиления усилителя по напряжению, выраженный в единицах отношения:

Коэффициент усиления усилителя по току, выраженный в единицах отношения:

Коэффициент усиления усилителя по мощности, выраженный в единицах отношения:

Так как коэффициент усиления величина безразмерная и довольно большая принято выражать его в логарифмических единицах

Коэффициент усиления усилителя по напряжению, выраженный в логарифмических единицах:

Коэффициент усиления усилителя по току, выраженный в логарифмических единицах:

Коэффициент усиления усилителя по мощности, выраженный в логарифмических единицах:

Для многокаскадных усилителей коэффициент усиления определяется как

где – это коэффициенты усилений отдельных каскадов, выраженных в единицах отношения.

где – это коэффициенты усилений отдельных каскадов, выраженных в логарифмических единицах.

2.2 Выходная мощность усилителя – это полезная мощность, развиваемая усилителем в нагрузочном сопротивлении. При активном характере нагрузки данная мощность определяется как:

2.3 Коэффициент полезного действия усилителя:

, где – мощность потребляемая усилителем от всех источников питания.

2.4 Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя – это графическая зависимость коэффициента усиления усилителя от частоты усиливаемого сигнала при неизменной амплитуде входного сигнала.

рис. 3

К ак видно из рис. 3 АЧХ неравномерная, что объясняется присутствием в схеме усилителя реактивных элементов (емкостей, индуктивности) сопротивление которых зависит от частоты.

2.5 Диапазон усиливаемых частот или полоса пропускания усилителя – это область частот, где коэффициент усиления усилителя изменяется не больше чем это допустимо по техническим условиям. Например, на рис. 3 это область частот от f_н до f_в.

2.6 Частотные искажения усилителя – это искажения обусловленные изменением величины коэффициента усиления усилителя на различных частотах из-за присутствия в схеме усилителя реактивных элементов. Они оцениваются по АЧХ. Искажение на отдельных частотах выражают коэффициентом частотных искажений М, который равен отношению коэффициента усиления на средней частоте К_ср коэффициенту усиления на заданной частоте K_f.

Коэффициент частотных искажений, выраженный в единицах отношения:

Коэффициент частотных искажений, выраженный в логарифмических единицах:

Для многокаскадных усилителей общий коэффициент частотных искажений определяется как

где – коэффициент частотных искажений отдельных каскадов, выраженный в единицах отношения

где – это коэффициенты усилений отдельных каскадов, выраженных в логарифмических единицах.