1. Назначение, область применения, классификация аналоговых электронных устройств

Аналоговые электронные устройства (АЭУ) предназначены для обработки и преобразования аналоговых сигналов, изменяющихся непрерывно по уровню и во времени. Аналоговые сигналы характеризуются тем, что информация, содержащаяся в них, определяется их спектром и начальными фазами всех спектральных составляющих. АЭУ представляет собой законченное устройство или узел, которые позволяют производить обработку сигнала по заданному закону. Различаются АЭУ по выполняемым ими функциям, среди которых можно выделить усиление, суммирование, фильтрацию, детектирование, модуляцию, логарифмирование, интегрирование, дифференцирование сигналов, их перемножение, сравнение и т.д. АЭУ, изготовленные по интегральной технологии, могут предназначаться для выполнения достаточно большого количества различных функций одновременно.

Основные виды обработки аналоговых сигналов могут быть представлены следующими функциями:

1) линейное преобразование сигнала

Y = K·X,

в качестве примера может служить усиление сигнала. Сюда входит также суммирование сигналов

Y = K(X₁ + X₂ + ... + X_n);

2) сравнение сигналов

Y = K(X₁ − X₂) ,

такую функцию выполняют компараторы, дифференциальные усилители;

3) перемножение сигналов

Y = K(X₁·X₂) ,

по такому принципу работает, например, преобразователь частоты;

4) логарифмирование сигналов

Y = Klog_AX,

пример - логарифмический преобразователь для сжатия сигналов;

5) антилогарифмирование сигналов

Y = K·A^X,

пример - декомпрессия сигнала (расширение динамического диапазона);

6) интегрирование сигналов

7) дифференцирование сигналов

8) частотная фильтрация сигналов

Y = K_f ·X;

эта функция выполняется с помощью активных и пассивных фильтров.

2. Усилитель как основной элемент аэу

Точность подавляющего большинства преобразований электрических сигналов с помощью АЭУ в значительной степени определяется свойствами усилителей, используемых в них, что обусловливает широчайшее применение разнообразных усилителей практически во всех видах АЭУ.

Принцип действия любого усилителя основан на возможности управления энергией мощного источника питания путем затраты на управление сравнительно небольшой мощности источника сигнала.

Таким образом, в усилителе энергия источника питания превращается с помощью управляемого усилительного элемента (транзистора, полевого транзистора, электровакуумной лампы и т.д.) в энергию усиленного сигнала на его выходе.

П роцесс усиления должен осуществляться во времени плавно, непрерывно и однозначно. Структурная схема усилителя представлена на рис. 1.1, где Е1, Z1 - ЭДС и внутреннее сопротивление источника сигнала, который должен быть усилен; Е₀ - напряжение источника питания (часть энергии этого источника превращается в усиленный сигнал на выходе); Z₂ - сопротивление нагрузки, являющееся потребителем усиленного сигнала, u₁ u₂ - входное и выходное напряжения.

В качестве источника сигнала может служить микрофон, звукосниматель, магнитная головка, предшествующий усилитель, детектор, линия связи, термопара, фотоэлемент, передающая телевизионная трубка, различные типы датчиков и т.д. В качестве источника питания, как правило, используется источник постоянного тока (аккумулятор, гальваническая батарея, выпрямитель), хотя также возможно и использование источника переменного тока. Нагрузкой усилителя могут служить самые разнообразные устройства: громкоговорители, магнитные головки, электронно-лучевые трубки, линии связи, последующие усилители, различные исполнительные механизмы (реле, двигатели) и т.д. Среди усилительных элементов наибольшее распространение получили биполярные транзисторы, полевые транзисторы и электронные лампы.