1. Підсилювачі

1.1. Основні відомості

Підсилювачем називається АЕП, що збільшує потужність, напругу або струм вхідного сигналу без зміни його форми.

Узагальнена структурна схема підсилювача зображена на рис. 1.1.

Рис. 1.1

Розглянемо основні елементи наведеної вище схеми:

П – підсилювач;

ДВС – джерело вхідного сигналу (моделюється джерелом ЕРС та внутрішнім опором )_. Напруга вхідного сигналу U_вх у загальному випадку не рівна , оскільки в ДВС присутній внутрішній опір ;

ДЖ – джерело живлення, що виступає в якості джерела керованої енергії, яке управляється вхідним сигналом;

Н – навантаження (в даній схемі воно представлене у вигляді опору ).

В позначеннях опорів та джерел можуть фігурувати комплексні величини у випадку синусоїдальних вхідних сигналів.

Зазвичай ланку, до якої підключають ДВС, називають вхідним колом (затискачі 1,2), а ланку, до якої підключають навантаження, – вихідним колом (затискачі 3,4). Затискачі 2 і 4, як правило, одного потенціалу і їх називають спільною шиною або масою підсилювача.

Класифікація підсилювачів

Підсилювачі класифікують таким чином:

1) за призначенням:

− підсилювачі напруги,

− підсилювачі струму,

− підсилювачі потужності;

2) за видом підсилювального сигналу:

− імпульсні підсилювачі,

− підсилювачі постійного струму,

− підсилювачі змінного струму в свою чергу розділяються на:

− підсилювачі низьких частот (ПНЧ),

− підсилювачі високих частот (ПВЧ),

− смугові підсилювачі (СП);

3) за видом активного елементу:

− лампові підсилювачі,

− транзисторні підсилювачі,

− операційні підсилювачі.

Структурна схема підсилювачів

Як правило, підсилювач має такі каскади:

Рис. 1.2

Розглянемо призначення кожного каскаду.

Вхідний пристрій забезпечує узгодження ДВС з вхідним колом підсилювача.

Каскад попереднього підсилення призначений для підсилення сигналу за напругою, струмом, потужністю до рівня, необхідного для нормальної роботи наступного каскаду.

Каскад підсилення потужності забезпечує необхідне значення потужності у навантаженні при допустимих рівнях спотворення форми сигналу і шумів.

Вихідний пристрій забезпечує узгодження параметрів вихідного кола підсилювача з навантаженням.

Основні технічні показники підсилювача

Технічними показниками підсилювача називається сукупність даних, що характеризують його властивості. До них відносяться:

1. Вхідні дані ( ).

ДВС може бути представлене джерелом ЕРС або джерелом струму.

Модель джерела ЕРС використовується у випадку підсилення

напруги (рис. 1.3).

Рис. 1.3

. (1.1)

Бажано, щоби , тобто .

Джерело струму використовується у випадку підсилення струму

(рис. 1.4).

Рис. 1.4

. (1.2)

Бажано, щоби , тобто .

2. Вихідні дані ( ).

Модель вихідного кола представлена на рис. 1.5.

Рис. 1.5

Підсилений сигнал представлений залежним джерелом ( коефіцієнт підсилення підсилювача в режимі холостого ходу, вихідний опір підсилювача).

Для узгодження вихідного кола з навантаженням необхідно виконання наступних умов:

1. для підсилення напруги: ;

2. для підсилення струму: ;

3. для підсилення потужності: .

3. Коефіцієнти підсилення.

Розрізняють такі коефіцієнти підсилення.

1) Коефіцієнт підсилення за напругою

, (1.3)

де − модуль коефіцієнта підсилення, − зсув фаз між вихідним та вхідним сигналами.

2) Коефіцієнт підсилення за струмом

, (1.4)

де .

3) Коефіцієнт підсилення за потужністю

. (1.5)

4. Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) – залежність модуля коефіцієнта підсилення від частоти (рис. 1.6).

Рис. 1.6

5. Фазово-частотна характеристика (ФЧХ) – це залежність кута зсуву фаз між вхідним та вихідним сигналами від частоти (рис. 1.7).

Рис. 1.7

6. Амплітудна характеристика – це залежність амплітуди вихідного сигналу від амплітуди вхідного сигналу на деякій фіксованій частоті (рис. 1.8).

. (1.6)

Рис. 1.8

Мінімум вхідного сигналу визначається рівнем власних шумів підсилювача, а максимум вхідного сигналу зумовлений переходом на нелінійну ділянку характеристик транзистора.

Діапазон напруг вхідного сигналу, що підсилюються без спотворень характеризує динамічний діапазон підсилення .