2. Классификация и основные характеристики усилителей

Классификацию усилителей проводят по различным признакам:

• по виду усиливаемых частот – усилители постоянного тока (УПТ), низкой частоты (НЧ), радио и промежуточной частот (УРЧ, УПЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ - усилители);

• по ширине полос усиливаемых частот - узкополосные, широкополосные усилители;

• по характеру усиливаемого сигнала – усилители непрерывных и импульсных сигналов;

• по усиливаемой электрической величине – усилители напряжения U, усилители тока I, усилители мощности P;

• по типу нагрузки - резистивные (апериодические), резонансные (избирательные) усилители;

• по виду усилительного элемента – усилители ламповые, транзисторные, на туннельных диодах, параметрических диодах, на микросхемах и т.п.

Коэффициентом преобразования или коэффициентом передачи называют отношение выходной величины, характеризующей уровень сигнала, к входной. В частном случае, значения входной и выходной величин, характеризующих уровень сигнала, являются однородными, коэффициентом передачи называют коэффициентом усиления. Размер­ность и общепринятые обозначения коэффициента усиления зависят от значений и величин входного и выходного сигналов, в качестве таких величин могут быть использованы напряжение, сила тока и мощность. Им соответствуют коэффициенты:

. . .

K_U , K_I , K_P

где U_ВЫХ - выходное напряжение, U_ВХ - входное напряжение, I_ВЫХ – выходной ток, I_ВХ – входной ток.

Из-за наличия в схемах усилителя реактивных элементов (индуктивности и емкости) коэффициенты усиления по току и напряжению являются комплексными и зависят от частоты f.

Коэффициент усиления по мощности K_Р показывает, во сколько раз активная мощность P_{акт.вых} , отдаваемая усилителем в нагрузку, больше активной мощности P_акт.вх , подводимой по входным зажимам.

где P_вых - выходная мощность, P_вх - мощность на входе.

K_p выражается в логарифмических единицах:

K_Р [дб] =10 lg K_Р

В усилителях на полевых транзисторах имеет смысл только K_U , так как входной ток очень мал. В биполярных транзисторах определяют обычно K_U , K_I , K_P , однако, наиболее часто используется K_U. Поэтому обычно U опускают и пишут K.

Усиление сигнала обычно сопровождается изменением формы сигнала. Поэтому любой усилитель характеризуется не только коэффициентом усиления Кус, но и мерой искажения выходного сигнала, по сравнению со входным.

Искажения делятся на линейные и нелинейные искажения.

Линейные искажения усилителей оцениваются с помощью амплитудно-частотной (АЧХ), фазочастотной и переходной характеристик.

Характеристики преобразования показывают, как преобразу­ется входной сигнал в зависимости от параметров усилителя.

Поскольку коэффициент усиления по напряжению (току) в общем случае является комплексной величиной, то он может быть представлен в виде:

K (jw) =  K (w) e^j(w),

где  K(w) - модуль коэффициента усиления, (w) – аргумент коэффициента усиления.

Амплитудно – частотная характеристика усилите­ля — это зависимость модуля коэффициента усиления от ча­стоты входного сигнала, то есть зависимость  K=f(w). Пример АЧХ представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – АЧХ усилителя

Иногда АЧХ называют зависимость U_мвых=f(w) при U_ВХ=const. При анализе усилителя часто пользуются нормированной характеристикой: