Лекция 5

3.3 Усилители Классификация усилителей

По виду усиливаемого сигнала усилители делятся на усилители непрерывных и импульсных сигналов.

По типу усиливаемого параметра их делят на усилители напряжения, тока или мощности.

По диапазону усиливаемых частот различают усилители постоянного и переменного тока. Последние, в свою очередь, можно разделить на следующие группы:

усилители низких частот (УНЧ) – с диапазоном от единиц герц до сотен килогерц;

усилители высоких частот (УВЧ) – с диапазоном от сотен килогерц до сотен мегагерц;

широкополосные усилители – устройства с диапазоном от десятков герц до сотен мегагерц;

избирательные (резонансные) усилители, обеспечивающие усиление в очень узком диапазоне частот.

По виду соединения каскадов усилителя различают усилители с непосредственной связью, усилители с емкостной связью, усилители с индуктивной связью.

По виду нагрузки различают усилители с активной, индуктивной и емкостной нагрузкой.

Для получения высоких коэффициентов усиления и согласования источника сигнала и оконечной нагрузки необходимо каскадное включение нескольких усилителей: предварительного (входного) усилителя, промежуточного усилителя и выходного усилителя (усилителя мощности).

Предварительный усилитель непосредственно подключен к источнику сигнала. Основное требование к предварительному усилителю – обеспечение максимального усиления входного сигнала при минимальных его искажениях. Для этого он должен обладать большим входным сопротивлением и малым уровнем собственных шумов.

Промежуточный усилитель выполняет роль буферного каскада между предварительным и выходным усилителями. Основная его задача – согласование выхода предварительного усилителя со входом усилителя мощности.

Выходной усилитель предназначен для получения на нагрузке требуемой мощности. Поэтому в отличие от предварительного и промежуточного усилителей, выходная мощность которых сравнительно невелика, основным параметром выходных усилителей является КПД.

Также различают одно- и двухтактные усилители. При больших значениях мощности нагрузки последние получили наибольшее распространение.

Основные характеристики усилителей

Важнейшими характеристиками усилителя являются: коэффициент усиления, полоса пропускания (диапазон рабочих частот), входное и выходное сопротивления, выходная мощность, искажения усиливаемого сигнала.

Коэффициент усиления – отношение установившегося значения выходного сигнала к входному. В зависимости от типа усиливаемой величины различают коэффициенты усиления:

по напряжению ;

по току ;

по мощности: ,

где ,,,,,- действующие значения входных и выходных напряжений, токов и мощностей.

При использовании логарифмических единиц можно записать:

дБ,дБ,дБ.

Полоса пропускания усилителя – диапазон рабочих частот в пределах которого коэффициент усиления не снижается ниже значенияот своего максимального значения.

Входное и выходное сопротивления. Их значения должны учитываться при согласовании усилительного устройства с источником входного сигнала и с нагрузкой.

,,

где - напряжение на выходе усилителя без нагрузки;,- напряжение и ток на выходе при подключенной нагрузке.

Выходная мощность усилителя – та часть мощности, которая может быть выделена на нагрузке. Для активной нагрузки она равна

,

где - сопротивление нагрузки.

Искажения в усилителе связаны с нелинейной зависимостью выходного сигнала от входного, обусловленной нелинейными статическими характеристиками полупроводниковых приборов, и с частотной зависимостью амплитуды и фазы выходного сигнала. Поэтому при анализе работы усилителя рассматривают два вида искажений сигнала: статические (нелинейные) и динамические (частотные и фазовые).

Нелинейные искажения приводят к появлению в спектре выходного сигнала дополнительных частотных составляющих. Для оценки нелинейных искажений служит коэффициент гармоник

,

где - действующие значения высших гармоник выходного сигнала, начиная со второй;- действующее значение основной гармоники выходного сигнала.

Частотные искажения обусловлены неравномерностью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя и легко оцениваются по виду АЧХ. Количественно частотные искажения определяются коэффициентом частотных искажений

,

где - коэффициент усиления в середине полосы пропускания усилителя,- коэффициент усиления на заданной частоте.

Фазовые искажения обусловлены неравномерностью фазо-частотной характеристики (ФЧХ). Поскольку в реальных усилителях используются только минимально-фазовые звенья, то фазовые искажения однозначно связаны с частотными искажениями и, как правило, отдельно не рассматриваются.