Lektsia_19

Лекція 19

Тема: «Електронні підсилювачі. Призначення, характеристики, типи, робота найпростіших транзисторних підсилювачів».

Мета: «Розглянути електронні підсилювачі, їх класифікацію, характеристики, принцип роботи найпростіших транзисторних підсилювачів; навчитися розраховувати коефіцієнт підсилення, вихідну потужність та ККД підсилювачів».

Література: Л1, ст. 443..455; Л2, ст. 372..380.

Основні питання:

1. Призначення та типи електронних підсилювачів.

2. Основні характеристики підсилювачів

3. Підсилювач на біполярному транзисторі з загальним емітером.

1. Призначення та типи електронних підсилювачів.

Електронним підсилювачем називають пристрій, призначений для підсилення напруги, струму і потужності електричних сигналів.

При цьому найбільш важливим являється підсилення потужності, тому що підсилення напруги (без підсилення потужності) можна одержати просто за допомогою трансформатора. Варто підкреслити, що потужність сигналів в електронних підсилювачах підсилюється за рахунок енергії джерел живлення.

Електронний підсилювач є найпоширенішим електронним пристроєм. Він безпосередньо використовується в провідниковому зв'язку, в звуковому кіно, в автоматиці для підсилення сигналів датчиків, вимірюванні електричних і неелектричних величин, в керуючих і регулюючих пристроях, а також в апаратурах геологічної розвідки, точного часу, медичній, музичній та багатьох інших випадках. Крім того, електронні підсилювачі застосовують в інших електронних пристроях: електронних генераторах, перетворювачах форми й частоти сигналів і т.д.

Підсилювачі можна підрозділити на ряд типів по різних ознаках. Найбільш часто їх класифікують по діапазонах частот посилюваних сигналів.

Підсилювачі постійного струму (ППТ) призначені для підсилення напруги постійного струму або сигналів, що повільно змінюються. Їх використовують для підсилення сигналів різних датчиків, які називаються також первинними перетворювачами.

Підсилювачі звукових частот (ПЗЧ) призначені для підсилення електричних сигналів в звуковому діапазоні частот (від 20 Гц до 20 кгц). Підсилювачі низької частоти (ПНЧ) використовують для підсилення сигналів в діапазоні частот від 20 Гц до 100 кгц.

Вибірні, або селективні (резонансні) підсилювачі підсилюють сигнали в порівняно вузькій смузі частот. Найбільш часто їх використовують в радіоелектронній апаратурі, зокрема для підсилення високочастотних коливань у радіоприймачах; скорочено їх позначають Пвч-підсилювачі високої частоти.

Широкополосні підсилювачі призначені для підсилення широкого спектру частот (від десятків герц до декількох мегагерц) і використовуються, наприклад, у телевізійних приймачах.

За призначенням поділяються на підсилювачі напруги, струму, потужності.

По виду підсилювальних сигналів вони бувають підсилювачами гармонічних коливань та імпульсу.

По характеру зміни в часі підсилювальних сигналів поділяються на підсилювачі змінного і постійного струму.

По виду зв’язку між ланками: з RC зв’язком (ЕОМ, вимірювальна техніка), трансформаторним і резонансно-трансформаторним зв’язком.

2. Основні характеристики підсилювачів

Найважливішими показниками підсилення є: вхідний і вихідний опори, вихідна потужність, ККД, діапазон збільшення частот, динамічний діапазон амплітуд, рівень власних перешкод.

1. Коефіцієнт підсилення – це величина, що показує, у скільки разів напруга сигналу на виході підсилювача більша, ніж на вході:

Д ля багатоланкових підсилювачів: К=К₁·К₂·…·К_n.

2. Вихідна потужність. При активному характері опору навантаження вихідна потужність підсилювача:

де U_вих – діюче; U_{m вих.} – амплітудне значення вихідної напруги.

Вихідна потужність – це корисна потужність, яка утворюється за допомогою підсилювачів в опорі навантаження.

3. ККД – це показник, який дозволяє оцінити економічність підсилювачів. Він рівний:

д е P₀ – потужність, яка використовується підсилювачем від джерел живлення.

4. Чутливість. Чем менша величина вхідної напруги, яка забезпечує необхідну вихідну потужність, тим вище чутливість підсилювача.

5. Діапазон підсилюючих частот – це область частот, в якій коефіцієнт підсилення змінюється не більше, ніж це допустимо по технічним умовам.

6. Рівень власних перешкод. Причини виникнення перешкод різноманітні:

• Теплові шуми;

• Шуми підсилюючих елементів;

• Перешкоди через пульсацію напруги живлення.

7. Існують одно, двох та багатоланкові підсилювачі.

3. Підсилювач на біполярному транзисторі зі спільним емітером.

Розглянемо підсилювач (рис. 1), який призначений для підсилення гармонійних сигналів (сигналів синусоїдальної форми) в діапазоні низьких частот. Назва такої схеми пояснюється тим, що емітер тут є загальним для вхідного і вихідного ланцюгів. Дана схема найбільш поширена, тому що вона забезпечує найбільше посилення потужності сигналу.

Рис. 1. Схема електронного підсилювача на біполярному транзисторі з загальним емітером

Наведені на рис. 1 елементи мають наступне призначення: транзистор р-п-р - підсилювальний елемент; +Е_К і -Е_к - затискачі джерела живлення схеми; R1, R2 - резистори дільника напруги, що забезпечують подачу напруги живлення на базу для установки потрібного режиму роботи підсилювального елемента (транзистора); R_к - резистор колекторного навантаження; R_э, С_э - елементи схеми температурної стабілізації режиму роботи транзистора; С1 і С2 - конденсатори, що слугують для розділення постійних і змінних струмів у схемі.

Для аналізу роботи підсилювача використовують вхідну характеристику транзистора I_б=f(U_бе) (рис. 2, а) і сімейство вихідних характеристик I_к=f(U_ке) (рис. 2, б). На рисунку U_бе0 - напруга зсуву бази, тобто напруга живлення бази (при відсутності сигналу); U_бm = U_вхm - амплітуда синусоїдальної напруги сигналу, що подається на базу; I_б0 - струм бази при відсутності сигналу (струм спокою); I_бт - амплітуда змінного складового струму бази; U_ке0 - напруга живлення колектора (напруга на колекторі при відсутності сигналу); U_кеm - амплітуда змінної складової напруги на колекторі; I_к0 - струм колектора при відсутності сигналу (струм спокою колектора).

Рис. 2. Вольт-амперні характеристики підсилювача: вхідна (а); вихідні (б); прохідна і передатна (в)

При виборі точки спокою на прямолінійній ділянці прохідної характеристики (рис. 2, в) і за умови, що напруги і струми не виходять за межі лінійної ділянки, можна одержати змінну складову колекторного струму такої ж форми, як напруга сигналу, що подається на базу, тобто одержати неспотворене підсилення сигналу. Підсилення тут досягається за рахунок того, що струм колектора, утворений від енергії джерела живлення, в багато разів більший, ніж струм бази, а напруга сигналу на колекторному навантаженні, обумовлена добутком струму на опір навантаження, також в багато разів більше напруги сигналу, що подається на базу.

Контрольні питання:

1. Для чого використовують підсилювачі?

2. Як можна класифікувати підсилювачі по діапазонах частот?

3. Які бувають підсилювачі по виду зв’язку між ланками?

4. Що відноситься до основних характеристик підсилювачів?

5. На чому заснований принцип роботи підсилювача?

4