1.1.3. Класифікація підсилювачів

Підсилювальні пристрої, що застосовуються в сучасній техніці

розрізнються своїми параметрами, функціональними схемами, характерами

підсилювальних сигналів і багатьма іншими властивостями, пов’язаними з їх

призначенням та областю застосування. Не дивлячись на велику

різноманітність типів підсилювачів, існують деякі спільні признаки, за якими

можна їх класифікувати. В даний час найбільш поширені наступні способи

класифікації:

-

-

-

-

-

за характером підсилювальних сигналів;

за робочим діапазоном частот;

за типом підсилювальних елементів;

за структурною схемою підсилювача;

за призначенням та областю застосування підсилювачів.

За характером підсилювальних сигналів підсилювальні пристрої

можна розділити на дві великі групи:

1.

Підсилювачі гармонічних сигналів, або гармонічні підсилювачі,

що призначені для підсилення неперервних періодичних і квазіперіодичних

електричних сигналів, гармонічні складові яких змінюються набагато

повільніше протяжності нестаціонарних процесів в колах підсилювача. До

гармонічних підсилювачів відносяться мікрофонні та мовні підсилювачі,

підсилювачі апаратури запису та відтворення звуку, багато підсилювачів

вимірювальної апаратури і т.д.

2.

Підсилювачі імпульсних сигналів, або імпульсні підсилювачі, що

призначені для підсилення електричних імпульсів різної форми і величини.

Нестаціонарні процеси в колах таких підсилювачів повинні протікати

настільки швидко, щоб форма підсилювальних сигналів цими процесами

майже не спотворювалась. До імпульсних підсилювачі відносяться:

підсилювачі імпульсних систем зв’язку, імпульсних радіолокаційних і

радіонавігаційних систем, підсилювачі електронно-обчислювальних машин,

телевізійних відеопідсилювачів, багато підсилювачів регулюючих і керуючих

пристроїв і т.д.

За діапазоном частот можна виділити наступні групи:

1.

Підсилювачі постійного струму(точніше підсилювачі повільно

змінних напруг і струмів), що підсилюють електричні коливання довільної

частоти в межах від нижньої частоти

0

fн  до верхньої робочої частоти fв

, тобто підсилюють як змінні складові сигналу, так і його постійну складову.

2.

Підсилювачі змінного струму, що підсилюють лише змінні

складові сигналу в смузі частот від fн до fв^.

3.

Підсилювачі високої частоти, що призначені для підсилення

електричних коливань модульовано високої частоти, наприклад,

радіосигналів, сигналів приймальної антени радіоприймальних пристроїв.

4.

Підсилювач проміжної частоти, що призначений для підсилення

електричних сигналів модульованої проміжної (перетвореної) частоти,

наприклад, що

застосовується в радіоприймальних пристроїв

супергетеродинного типу. Підсилювачі як високої так і проміжної частоти

характеризуються малою величиною відношення вищої робочої частоти до

нижчої(звичайно

/

fв^fн 

1,1

).

5.

Підсилювачі низької частоти, що призначені для підсилення не

перетворених(первинних) електричних коливань, які несуть передавану або

прийняту інформацію. В даний час цей термін неактуальний для багатьох

підсилювачів не перетворених сигналів, так як частота останніх не є

низькою. Наприклад, частота сигналів телевізійного зображення сягає

3 10Мгц ; підсилювачів таких

відеопідсилювачами.

сигналів зазвичай

називають

Назву “підсилювач низької частоти” було введено на початку розвитку

радіотехніки, коли ці підсилювачі застосовувалися лише для підсилення

мовних сигналів, музики, телеграфних сигналів, частоти яких у порівнянні з

частотою радіосигналів насправді являються низькими.

До підсилювачів відносяться підсилювачі звукових частот, що

підсилюють електричні сигнали в смузі звукових частот, тобто в смузі частот

що сприймає людське вухо.

Підсилювачі з верхньою робочою частотою порядка мегагерц і вище і

нижчою робочою частотою порядка кілогерца або менше мають дуже велике

відношення верхньої частоти до нижньої; такі підсилювача називають

широкосмуговими.

Вибірними або селективними називають підсилювачі, що підсилюють

сигнали в дуже вузькій смузі частот, підсилення яких різко зменшується за

межами цієї смуги; їх підрозділяють на резонансні, частотна характеристика

яких має вид резонансної кривої, і смугові, підсилення яких майже стала

величина у вузькій смузі частот і різко зменшується за її межами.

Підсилювачі, в яких сигнали підсилюються без перетворення їх

частоти, називають підсилювачами прямого підсилення; підсилювачі в яких

частота підсилювальних сигналів перетворюється називають підсилювачами з

перетворенням.

За типом підсилювальних елементів розрізняють:

-

транзисторні підсилювачі, широко використовуються в техніці

зв’язку, радіоелектроніці та інших областях завдяки своїм високим техніко-

економічним показникам;

-

електролампові підсилювачі, використовуються в даний час

тільки в пристроях де за своїми параметрами застосування транзисторів

неможливе(наприклад, високовольтні кола);

-

магнітні підсилювачі, застосовують в системах автоматичного

регулювання, керування електромеханічними пристроями та в інших

областях, де робочий діапазон частот обмежений досить низькими

частотами;

-

оптичні квантові підсилювачі, призначені для підсилення

електромагнітних коливань оптичного діапазону хвиль.

За структурою схеми підсилювачі можна класифікувати з

урахуванням різних признаків, пов’язаних з функціональною схемою

підсилювача, наприклад, з кількістю каскадів підсилення (однокаскадний,

містить один підсилювальний елемент; багатокаскадний, містить декілька

підсилювальних елементів) або з наявністю допоміжних кіл, що

забезпечують певні характеристики підсилювача. До таких кіл належать,

наприклад, коливальні контури; підсилювач в даному випадку називається

резонансним.

Підсилювальні каскади. Зауважимо що і джерелом сигналу, і

навантаженням підсилювача можуть бути інші підсилювачі. Звідси природно

народжується поняття про складний підсилювач, що складається з ряду

підсилювальних блоків які ланцюгово з’єднані один з одним. На вході такого

ланцюга діє “справжнє” джерело сигналу(не підсилювач), а на виході –

справжнє, зовнішнє навантаження(також не підсилювач). На практиці

доцільно розділяти складний підсилювач для аналізу і розрахунку(а іноді і

конструктивно) на ряд окремих більш простих частин – блоків. Найчастіше

підсилювач розкладають на так звані каскади або ступені. Каскад являється

елементарною коміркою складного підсилювача його “молекулою”, що має

також і самостійне значення. Підсилювальний каскад може бути як

однотранзисторним

так

і

багатотранзисторним;

розкладання

багатотранзисторного каскаду на однотранзисторні комірки недоцільно, так

як це приводить до якісних змін його функцій.

Враховуючи, що підсилювальний каскад, з одного боку, має самостійне

значення, а з другого боку, являється коміркою складного підсилювача,

можна класифікувати підсилювачі за структурою як однокаскадні так і

багатокаскадні. Каскади нумеруються у зростаючому порядку від входу до

виходу. Перший каскад називається вхідним, останній – вихідним або

кінцевим, передостанній – передвихідним або передкінцевим, решта каскадів –

проміжними.

При з’єднані каскадів один з одним виникають деякі проблеми.

Наприклад, часто виявляється неможливим безпосереднє з’єднання

вихідного електрода вихідного каскаду з вхідним електродом наступного. У

зв’язку з цим широко розповсюджений зв'язок каскадів за допомогою

конденсаторів або трансформаторів. Як відомо, обидва ці елементи “не

передають” постійного потенціалу і в той же час передають достатньо

швидкі зміни потенціалів, що і потребується в багатьох типах підсилювачів.

Такі підсилювача називаються відповідно підсилювачами з ємнісним

зв’язком і підсилювачі з трансформаторним зв’язком. Існує, однако, ряд

випадків, в яких застосування реактивних розділових елементів неможливе,

оскільки необхідно передавати дуже повільні зміни потенціалів або струмів.

У таких випадках використовується зв'язок каскадів а допомогою омічних

подільників напруги (потенціометрів), компенсуючих батарей і деякими

іншими методами. Такі підсилювачі, в яких відсутні реактивні розділові

елементи, називаються підсилювачами з гальванічним зв’язком, або, менш

вдало, підсилювачами постійного струму.

Слід зауважити, що від способу зв’язку каскадів залежить багато

важливих властивостей підсилювачів, в першу чергу якісне відтворення

сигналу. Тому вибір способу зв’язку являється одним із першочергових

питань при розробці підсилювача.

Джерела енергії. Основною задачею будь-якого підсилювача являється

підвищення рівня потужності сигналу. Якщо потужність вихідного сигналу

не перевищує потужності вхідного, то пристрій не може вважатись

підсилювачем. Наприклад підвищуючий трансформатор не вважають

підсилювачем, тому що в ньому “підсилення” напруги супроводжується

таким же “послабленням” струму, що вихідна потужність дорівнює вхідній

або навіть менша від неї(за рахунок втрат в залізі та обмотках). Не тільки

трансформатор, але і будь-який інший пасивний пристрій(не містить джерела

живлення) не спроможний підсилювати потужність.

Підсилювач завжди працює з тим чи іншим джерелом

живлення(гальванічна батарея, випростував і т.п.). Саме енергія джерела

живлення і зумовлює перевищення потужності навантаження над

потужністю, що віддає джерело сигналу. На рис.1.3 джерело живлення

вважається увімкнутим в блоки підсилювача; можна було би показати їх і у

вигляді окремих блоків(див. ри.1.2), пов’язаних власне з підсилювачами.

За призначенням і областю застосування класифікація підсилювачів

являється найбільш специфічною, так як при цьому стараються виділити

найбільш характерну властивість підсилювача, властиву для даного

застосування. Так, наприклад, якщо необхідно виділити сигнал однієї

радіостанції із множини працюючих, використовують так званий

“селективний” підсилювач, що володіє вибірними властивостями.

До цієї групи також можна віднести підсилювачі високостабільні, з

низьким рівнем шуму, високолінійні, багатоканальні і т.д.

Крім того підсилювачі поділяють на магнітофонні, телевізійні,

раділокаційні, вимірювальні, проводового мовлення, далекого зв’язку, і т.д. А

також за типом використаних у підсилювачі підсилювальних елементів

розрізняють транзисторні, лампові, магнітні, діодні, молекулярні і т.д.

підсилювачі. Як транзисторні так і лампові підсилювачі об’єднують спільною

назвою – електронні підсилювачі, так як принцип дії використаних в них

підсилювальних елементів оснований на електронних процесах в

напівпровіднику та вакуумі.

Транзисторні і лампові підсилювачі являються найбільш

універсальними і працюють в дуже широкій смузі частот, прості в побудові і

експлуатації, а тому являються найбільш поширеними.