1. Начальные сведения об усилительных устройствах

1.1. Основные определения

Усилительным устройством (усилителем) называется устройство, в нагрузку которого поступает усиленный по мощности входной сигнал. Эффект усиления сигнала по мощности возможен только в том случае; если имеется источник энергии, называемый источником питания (рис.1.1), от которого потребляется мощность постоянного тока Р₀. Эта мощность с помощью усилительных элементов (УЭ) (биполярных (БТ) и полевых транзисторов (ПТ), ОУ) преобразуется в выходную мощность переменного тока Р₂. На преобразование мощности Р₀ в P₂. затрачивается мощность P₁, поступающая от источника сигнала и на­зываемая входной.

Таким образом, основным свойством усилителя яв­ляется его способность усиливать мощность источника сигнала.

1.2. Классификация усилителей

Подразделяя усилители на классы, обычно учитывают: полосу и абсолютное значение усиливаемых частот; характер входного сигнала; назначение усилителя; используемые УЭ.

Как правило, сигнал, который требуется усилить, изменяется во времени по сложному закону. Такой сигнал имеет дискретный (при пе­риодическом характере сигнала) или сплошной (если сигнал неперио­дический) спектор, ограниченный частотами f_МИН и f_МАКС. По относительной ширине спектра f_МАКС/f_МИН различают широкополосные и узкополосные сигналы. В первом случае f_МАКС/f_МИН » 1, а во втором f_МАКС/f_МИН ≈ 1. К широкополосным сигналам относят, например, сиг­налы звуковых частот, видеосигналы. К узкополосным - сигналы, об­разуемые в результате модуляции несущей частоты. Эти сигналы носят название радиочастотах, их спектр сосредоточен около несущей час­тоты. Классификация по первому признаку приведена на рис. 1.2, где f_В < f_МАКС, f_В > f_МАКС - граничные частоты полосы пропускания

усилителя (см. разд. 2.6.1).

Рис.1.2. Классификация усилителей по полосе и абсолютному значению усиливаемых частот

Кроме узкополосных и широкополосных сигналов различают сигналы гармонические и импульсные, к гармоническим относят сигналы, для которых допустимо неодинаковое смещение во времени отдельных сос­тавляющих спектра частот при прохождении их через усилитель. Под импульсными понимают такие сигналы, для которых временное смещение этих составляющих оценивается как искажение. К гармоническим сиг­налам принадлежат звуковые сигналы, а к импульсным - сигналы изоб­ражения (телевизионные, фототелеграфные, радиолокационные и др.). Типичными примерами импульсного сигнала являются ступенчатое на­пряжение и одиночные или повторяющиеся импульсы различной формы, особенно малой длительности. По характеру входного сигнала разли­чают усилители гармонических сигналов и усилители импульсных сигналов(импульсные усилители).По третьему признаку усилители условно делятся на усилители напряжения, тока и мощности, в зависимости от того, какой параметр сигнала (напряжение, ток или мощность) необходимо усилить. Во всех трех случаях происходит усиление мощности. Однако, обычно усилите­лем мощности называют выходные каскады, способные отдать во внеш­нею нагрузку заданную мощность.

По последнему признаку усилители делятся на полупроводниковые, ламповые, магнитные, диэлектрические и др. Полупроводниковые уси­лители реализуются на транзисторах (биполярных и полевых), на ана­логовых микросхемах (усилителях специального назначения и ОУ), транзисторных оптопарах и т.д.

В данном курсе изучаются только апериодические полупроводнико­вые усилители, УРЧ рассматриваются на старших курсах в специальных, дисциплинах.