1 Основные понятия и определения

Важнейшие параметры усилителя:

• коэффициент усиления,

• полоса пропускания (диапазон рабочих частот усилителя),

• входное и выходное сопротивления,

• выходная мощность,

• степень искажения усиленного сигнала.

Коэффициент усиления – отношение установившихся значений выходного и входного сигналов усилителя. В зависимости от типа усиливаемой величины различают коэффициенты усиления:

• по напряжению,

• по току,

• по мощности.

, (1.1)

, (1.2)

, (1.3)

где U₁, U₂ – действующие напряжения, В;

I₁, I₂ – токи, A;

K_P – коэффициент усиления по мощности;

K_I – коэффициент усиления по току;

K_U – коэффициент усиления по напряжению.

Полоса пропускания усилителя – диапазон рабочих частот, в пределах которого коэффициент усиления не снижается ниже значения 0,707 от своего максимального значения

Входное и выходное сопротивления – важнейшие параметры усилительных устройств. Их значения должны учитываться при согласовании усилительного устройства как с источником входного сигнала, так и с нагрузкой. В общем виде значения входного и выходного сопротивлений носят комплексный характер и являются функцией частоты. Часто на практике интересуются только активными составляющими входного и выходного сопротивлений.

Выходная мощность усилителя – это та часть мощности, которая может быть выделена в нагрузочном устройстве. В случае активной нагрузки она вычисляется по формуле:

, (1.4)

где P_ВЫХ – выходная мощность, Вт;

I₂ – выходной ток, А;

U₂ – выходное напряжение, В;

R_Н – сопротивление нагрузки, Ом.

Искажение сигналов в усилителе связано

• с нелинейной зависимостью выходного сигнала от входного, обусловленной нелинейностью статических вольт - амперных характеристик (ВАХ) применяемых элементов,

• с частотной зависимостью амплитуды и фазы усиливаемого сигнала.

Поэтому при анализе работы усилителей рассматривают два вида искажений выходного сигнала по отношению к входному: статические (нелинейные) и динамические (амплитудные и фазовые).

Для количественной оценки нелинейных искажений служит коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник) К_Г.

, (1.5)

где U₂, U₃…U_n – действующие значения высших гармоник выходного сигнала, начиная со второй, В;

U₁ – действующее значение первой (основной) гармоники выходного сигнала, В.

2 Разработка структурной схемы усилителя низкой частоты

Типовые функциональные каскады полупроводникового усилителя. Для получения высоких коэффициентов усиления необходимо каскадное включение нескольких усилителей, обеспечивающее последовательное усиление сигнала до требуемого значения. Каскадную схему усилителя можно представить в виде трех функционально отличных каскадов усиления: предварительного (ПрУ), промежуточного (ПмУ), и выходного усилителя (ВУ).

Для определения числа каскадов необходимо произвести расчет приблизительного значения коэффициента усиления УНЧ из данных технического задания по формуле:

, (2.1)

,

где – источник питания, В,

– напряжение выхода, В.

, (2.2)

,

где Р = Р_ВЫХ – выходная мощность, Вт;

R_Н – сопротивление нагрузки, Ом.

Определение количества каскадов производится согласно формуле:

, (2.3)

,

, (2.4)

,

где n – количество каскадов;

K_i = 20 – коэффициент по усиления, дБ;

K_U(ДБ) – коэффициент усиления по напряжению в децибелах, дБ.

Далее приводится расчет для трехкаскадного УНЧ, структурная электрическая схема которого приведена на рисунке 2.1.

Е_С – напряжение источника входного сигнала; R_C – внутреннее сопротивление источника сигнала; ИП – источник вторичного электропитания; R_Н – сопротивление нагрузки; ООС – цепь отрицательной обратной связи (ООС).

Рисунок 2.1 Структурная электрическая схема УНЧ