1.3. Усилительные устройства, основные определения
Усилителем называют устройство, позволяющее преобразовывать входной сигнал в сигнал большей мощности без существенного искажения его формы. Отметим, что усиление мощности сигнала может осуществляться за счет усиления тока или напряжения.
Эффект усиления
возможен только при наличии источника
управляемой энергии, преобразуемой
усилителем в энергию усиливаемых
сигналов. Таким источником является
источник питания (рис.1.5). Энергия
источника питания (напряжение
)
преобразуется в энергию полезного
сигнала при помощи усилителя с
коэффициентом
.
Устройство, которое
является потребителем и к которому
приложено выходное напряжение
,
называется нагрузкой (
),
а цепь усилителя, к которой он подключается,
называют выходной цепью (зажимы 3, 4).
Потоком энергии от источника питания
(ИП) к нагрузке (
)
управляет входной сигнал, представляемый
входным напряжением
.
Это напряжение зависит от величины
источника электродвижущей силы (ЭДС)
,
его внутреннего сопротивления
и входного сопротивления усилителя
.
Сигнал, который необходимо усилить,
называют входным сигналом, а цепь
усилителя, к которой он подключается,
называют входной цепью усилителя (зажимы
1, 2).Часто зажимы 2 и 4 однопотенциальны
и их называют общей шиной (массой)
усилителя.
Рис. 1.5. Структурная схема усиления электрических сигналов
1.4. Классификация и структурная схема усилителей
Классификацию усилителей осуществляют:
- по назначению;
- по характеру усиливаемых сигналов;
- по полосе усиливаемых частот;
- по виду используемых активных элементов.
По назначению различают:
- усилители напряжения,
- коэффициент усиления
по напряжению;
- усилители тока,
— коэффициент
усиления по току,
- входной ток,
- выходной ток;
- усилители мощности,
— коэффициент
усиления по мощности,
— мощности на входе
и выходе усилителя.
В усилителях мощности
необходимо обеспечить в нагрузке (
)
заданную либо максимальную мощность,
а в усилителях напряжения (тока) —
заданные значения коэффициентов усиления
и выходных параметров
.
По характеру усиливаемых сигналов различают:
- усилители гармонических сигналов. Эти устройства обеспечивают усиление непрерывных гармонических сигналов;
- усилители импульсных сигналов.
По полосе усиливаемых частот выделяют:
- усилители постоянного
тока, диапазон усиливаемых частот
(
— верхняя граничная частота усиления);
- усилители переменного
тока, с диапазоном частот
(
- нижняя граничная частота усиления).
Усилители переменного тока в свою
очередь делят:
- на усилители низкой
частоты
;
- усилители высокой
частоты
;
- полосовые усилители
.
По виду используемых активных элементов различают:
- ламповые усилители;
- транзисторные усилители;
- диодные усилители;
- параметрические усилители.
Структурная схема усилителя (рис.1.6) включает входное и выходное устройства, каскады предварительного усиления и усиления мощности.
Рис. 1.6. Структурная схема усилителя.
Входное устройство осуществляет передачу сигнала от источника сигнала во входную цепь. Применяется в случае, когда источник сигнала невозможно или нецелесообразно подключать непосредственно к входу усилителя. Каскады предварительного усиления предназначены для усиления сигнала по напряжению, току, мощности до необходимого уровня, обеспечивающего нормальную работу следующего блока.
Каскады усиления мощности обеспечивают в нагрузке требуемые значения мощности при допустимых уровнях искажения формы и шумов сигнала.
Выходные устройства требуются для передачи сигнала от усилителя мощности в нагрузку. Применяются, когда непосредственное подключение нагрузки невозможно или нецелесообразно.