1.5. Основные технические показатели усилителей
Сумма сведений, характеризующих свойства усилителя, называется его показателями. К ним относятся:
- входные и выходные данные;
- коэффициент усиления;
- коэффициент полезного действия (КПД);
- частотные характеристики;
- амплитудная характеристика.
Рассмотрим подробнее эти показатели.
Входные данные
-
.
Источником входных сигналов могут являться источник ЭДС и источник тока. Модель источника ЭДС имеет вид, показанный на рис. 1.7.
Рис.1.7. Модель источника ЭДС
Дня обеспечения
нормальной работы усилителя
должно
стремиться
.
Но так как
,
то на нем происходит падение напряжения
и, следовательно,
определяется выражением
. (1.7)
Из вышеприведенного
выражения следует, то для того, чтобы
,
необходимо выполнение условия
.
На практике допускаются
,
но недопустимо
.
Модель источника тока представлена на рис.1.8.
Для данной цепи можно записать:
. (1.8)
Следовательно, для
того чтобы
,
необходимо, чтобы
.
Рис. 1.8. Модель источника тока
Выходные данные
-
.
Выходную цепь можно представить в следующем виде (см.рис.1.9).
Рис. 1.9. Модель выходной цепи усилителя
Здесь
- коэффициент усиления усилителя в
режиме холостого хода,
- выходное сопротивление усилителя. Для
согласования источников сигнала с
нагрузкой должны выполняться следующие
условия:
- для усилителей
напряжения
,
тогда
;
- для усилителей
тока
,
тогда
;
- для усилителей
мощности
,
тогда
.
Коэффициенты усиления усилителей.
Выделяют следующие коэффициенты усиления:
- по мощности ;
- по напряжению
;
- по току .
В общем случае коэффициент усиления имеет вид
, (1.9)
Где
- фазовый сдвиг между входным и выходным
напряжениями или токами.
Графически это изображается на комплексной плоскости следующим образом (рис.1.10).
Рис. 1.10. Графическое представление сигналов усилителя
Для многокаскадного усилителя, содержащего n каскадов, общий коэффициент усиления определяется выражением
. (1.10)
Иногда удобной
является логарифмическая шкала
представления
,
единицей которой является децибел,
определяемый десятой частью десятичного
логарифма отношения мощностей на выходе
и входе
.
Для коэффициентов усиления по напряжению и току формулы для перевода относительных величин в логарифмические имеют вид:
При этом коэффициент усиления многокаскадного усилителя в логарифмических единицах будет равен:
. (1.11)
Амплитудно-частотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики.
Зависимость модуля коэффициента усиления усилителя от частоты представляет собой амплитудно-частотную характеристику (АЧХ).
Фазочастотная характеристика (ФЧХ) отражает зависимость угла сдвига фазы между входным и выходным сигналами от частоты.
На рис.1.11 приведено графическое изображение данных характеристик для усилителя переменного напряжения.
Амплитудная характеристика.
Амплитудная
характеристика отображает зависимость
установившегося значения выходного
сигнала от входного синусоидального
сигнала
на некоторой постоянной частоте
(рис.1.12). Рекомендуют снимать такую
характеристику на средней частоте
.
Рис. 1.11. АЧХ (а) и ФЧХ (б) RC-усилителя
В рабочем диапазоне
амплитуд входного сигнала, амплитудная
характеристика должна быть линейна
(участок аб), а угол ее наклона определяется
величиной коэффициента усиления на
данной частоте. Минимальный входной
сигнал
определяется
уровнем собственных шумов усилителя,
максимальный входной сигнал
- переходом на нелинейный участок
характеристики, обуславливающий
нелинейные искажения за счет уменьшения
коэффициента усиления усилителя.
Рис.1.12. Амплитудная характеристика усилителя
Диапазон напряжений входного сигнала, который усиливается без существенных искажений, характеризуют динамическим диапазоном усилителя
или
(1.12)
2. RC-УСИЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ НА БИПОЛЯРНЫХ И ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ