Классификация усилителей.
1)по роду усиливаемых электрических сигналов- усилители гармонических и усилители импульсных сигналов.
Усилители гармонических сигналов предназначены для усиления периодических сигналов различной величины и формы. К таким усилителям относятся: микрофонные, радиовещательные, магнитофонные и ряд др.
Импульсные усилители служат для усиления импульсных периодических и не периодических сигналов различной формы с заданным уровнем искажений.
2)по ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых частот- усилители постоянного и усилители переменного тока, усилители низкой и усилители высокой частоты, широкополосные и узкополосные (избирательные) усилители.
Основные качественные показатели.
Основные качественные показатели электронных усилителей являются выходные и входные данные; коэффициент усиления и КПД, частотная и фазовая характеристики, динамический диапазон и уровень собственных помех.
Выходные и входные данные.
К ним относятся: номинальное выходное напряжение Uвых или номинальная выходная мощность Рвых, которую развивает усилитель на сопротивлении нагрузки. В зависимости от типа и назначения усилителя номинальная выходная мощность может составлять от долей Вт до десятков и даже сотен кВт.
К входным данным относятся: номинальное входное напряжение Uвх (или входной ток Iвх), которое нужно подвести ко входу усилителя для получения номинальной выходной мощности, и входное сопротивление усилителя Zвх.
Коэффициент усиления.
Коэффициент усиления различают по:
напряжению Kн=Uвых/Uвх;
току Кт=Iвых/Iвх;
мощности Км=Рвых/Рвх=
.
Коэффициент усиления может выражаться в децибелах
Кдб=20LgКн=20LgКт, Кдб=10LgКм.
В схемах усилителей и внагрузке всегда присутствуют реактивные элементы, в результате чего фаза выходного напряжения не совпадает с фазой входного. Поэтому коэффициент усиления в общем случае является комплексной величиной.
,
где К- модуль коэффициента усиления,
- аргумент, величина которого определяет фазовый сдвиг, возникающий при прохождении сигнала через усилитель.
Коэффициент полезного действия.
КПД является важнейшим показателем, особенно для усилителей средней и большой мощности. Различают электрический и полный КПД.
Электрический КПД: =Р’вых/Ро,
где Р’вых- полезная мощность,
Ро- мощность потребляемая каскадом от источника питания.
Полный КПД: п=Р’вых/Р,
где Р- мощность, потребляемая от всех источников питания.
Искажения сигнала усилителя.
В электронных усилителях различают три вида искажений: частотные, фазовые и нелинейные.
Частотные искажения
Частотными называют искажения, изменяющие форму выходного сигнала из- за неодинакового усиления сигналов различных частот. Источником частотных искажений являются реактивные элементы. При подаче на вход усилителя сложных несинусоидальных колебаний, величины реактивных сопротивлений для отдельных спектральных составляющих будут различными. В следствии этого отдельные составляющие сложного сигнала будут усиливаться в разной степени и сдвигаться на разные углы по фазе. Для оценки частотных искажений служит частотная характеристика, которая показывает зависимость модуля коэффициента усиления от частоты.
В реальном усилителе из- за наличия реактивных элементов частотная характеристика отличается от прямой. Количественно частотные искажения оценивают при помощи коэффициента частотных искажений: М=Ко/К,
где Ко- коэффициент усиления на средних частотах,
К- коэффициент усиления на заданной частоте.
Для многокаскадных усилителей общий коэффициент частотных искажений равен произведению коэффициентов частотных искажений: Мобщ=М1М2М3…Мn.
Фазовые искажения.
Фазовыми называют искажения, изменяющие форму выходного сигнала из- за наличия фазовых сдвигов. Фазовые сдвиги, т.е. запаздывание во времени, вносят реактивные элементы. Фазовые искажения оценивают по фазовой характеристике, представляющей собой зависимость угла сдвига фазы между выходным и входным напряжениями усилителя от частоты.
=
или
.
В реальном усилителе из- за наличия реактивных элементов фазовая характеристика отличается от прямой.
Нелинейные искажения.
Основными причинами появления нелинейных искажений в усилителе является нелинейность входных и выходных характеристик полупроводниковых элементов, характеристик намагничивания железа (дросселей, трансформаторов) и неправильный выбор режима. В результате нелинейных искажений на выходе усилителя, кроме полезного сигнала (основной гармоники), появляются высшие гармоники, то есть совершенно новые колебания, которых не было на входе.
Степень нелинейных искажений в электронных усилителях оценивают величиной коэффициента гармоник , который представляет собой:
.
Обычно, при расчетах ограничиваются учетом второй и третьей гармоник.
Допустимая величина коэффициента нелинейных искажений определяется назначением усилителя. Высококачественные усилители низкой частоты имеют порядка (1-2)% и менее, в усилителях среднего качества =(5-7)%.
Нелинейные искажения зависят от амплитуды сигнала, подводимого на вход каскада. С увеличением амплитуды сигнала нелинейные искажения растут. Наибольшие нелинейные искажения появляются в выходных каскадах усилителя.