Усилители Общие сведения

В электронных приборах широко применяют устройства, предназначенные для управления величиной электрического напряжения, тока или мощности. К одной из разновидностей таких устройств принадлежат усилители. Рассмотрим только и только электронные усилители.

В электронных усилителях (рис. 1.6,а) управляющий блок называют источником сигнала, а цепь усилителя, в которую поступают сигналы источника в виде электрических колебаний, — входом. Устройство, к которому подводят усиленные электрические колебания, называют нагрузкой, а цепь усилителя, к которой подключают нагрузку,— выходом. Устройство, от которого усилитель получает энергию, преобразуемую им в усиленные электрические колебания, называют источником питания.

Под Zy понимают такое эквивалентное сопротивление усилителя, которое зависит либо от разности потенциалов U1, приложенной к входу усилителя (на полевых транзисторах), либо от тока I1 во входной цепи усилителя (на биполярных транзисторах). В связи с тем, что напряжение источника питания Еип приложено к последовательно соединенным сопротивлениям Zy и Z2, ток I2 в выходной цепи усилителя и напряжение U2 на его нагрузке будут изменяться в соответствии с изменениями Zy, т. е. в соответствии с изменениями U1 или I1.

Рис. 1.6. Эквивалентная (а) и принципиальные (б) схемы электронного усилителя

Если в качестве Zy используют полупроводниковые приборы (рис. 1.6,б), легко добиться того, чтобы мощность во входной цепи усилителя P1=U1*I1 была бы меньше мощности в выходной цепи Р2 = U2*I2. Часть мощности источника питания расходуется в сопротивлении Zy. Поэтому

Рип = Р2+Рп. (4.1)

Последнее равенство и определяет ту максимальную мощность, которую можно получить на выходе усилителя.

По ширине полосы пропускания усилителя делят на узкополосные и широкополосные, а по абсолютным значениям—на усилители низкой частоты (УНЧ), усилители высокой частоты (УВЧ) и усилители постоянного тока или операционные усилители (УПТ или ОУ). По виду усиливаемого сигнала электронные усилители условно делят на усилители напряжения, тока и мощности.

Выделяя в усилителе только входные и выходные величины и связь между ними, основным будет показатель, определяющий передаточную функцию усилителя, под которой понимают отношение

W=Y/X, (1.1)

где Х—входной сигнал, называемый воздействием; Y— выходной сигнал, называемый откликом усилителя.

В зависимости от конкретных условий передаточными функциями служат коэффициенты усиления напряжения, тока и мощности.

Коэффициентом усиления напряжения Ku называют отношение изменения выходного напряжения Uвых усилителя к вызвавшему его изменению входного напряжения Uвх:

K = Ku=Uвых / Uвх. (1.2)

Аналогичные выражения будут у коэффициента усиления тока Ki и коэффициента усиления мощности Кр.

Структура усилителя

Усилители, как правило, имеют многокаскадную схему (рис.1.7.). Входной каскад или предварительный усилитель должен состоять из каскадов с большим коэффициентом усиления напряжения (быть усилителем напряжения) и должен быть согласован с источником сигнала (мало влиять на источник сигнала).

Р ис. 1.7. Структурная схема усилительного устройства

Усиление напряжения осуществляется промежуточными каскадами, которые являются малосигнальными. Основными показателями усилителей напряжения являются коэффициент усиления напряжения и частотные характеристики.

Оконечный (выходной) каскад предназначен для создания в нагрузке заданной мощности. Поэтому в качестве оконечного каскада используют усилитель мощности, а его основными показателями являются мощность, отдаваемая в нагрузку, КПД и величина нелинейных искажений.