1.2. Классификация и область применения аэу

АЭУ можно условно разделить на две большие группы: усилители и устройства, выполненные на их основе.

Усилители являются самыми распространенными электронными устройствами. Их принято классифицировать по нескольким признакам.

По форме усиливаемых сигналов – усилители непрерывных и усилители импульсных сигналов. К первым относятся усилители квазигармонических сигналов, например речевых, музыкальных, которые изменяются во времени сравнительно медленно, так что переходные процессы в усилителе почти не проявляются. Свойства таких усилителей оценивают по качеству передачи гармонического колебания. Усилители импульсных сигналов предназначены для усиления импульсов, например радиолокационных, телевизионных, телеграфных и т.д. Здесь проявляются переходные процессы. Поэтому свойства таких усилителей оценивают по форме переходной характеристики.

По диапазону рабочих частот – усилители постоянного тока (УПТ) и усилители переменного тока. Первыми называют такие, которые усиливают колебания с частотами, начиная с нуля (f_н = 0 Гц), т.е. способны усиливать как постоянную, так и переменную составляющую входного сигнала. Усилители, способные усиливать только переменную составляющую, называются усилителями переменного тока. Они усиливают колебания с частотой от нижней граничной частоты f_н до верхней граничной частоты f_в. За пределами этого диапазона частот, ширина которого называется полосой пропускания, усиление падает ниже допустимого уровня.

Среди усилителей переменного тока выделяют:

- усилители звуковых частот, рабочий диапазон которых соответствует диапазону слышимых звуковых колебаний и находится в пределах от 20 Гц до 20 кГц, причем f_в >> f_н, или низкочастотные (НЧ) усилители;

- усилители высоких частот (ВЧ) (f_в до 300 МГц);

- усилители сверхвысоких частот (СВЧ) (f_в > 300 МГц).

Под усилителями НЧ условно понимают усилители, предназначенные для усиления естественного (не преобразованного) спектра сигналов. Для таких усилителей отношение f_в/f_н имеет порядок от десятков до 10⁵…10⁶.

К усилителям НЧ относятся усилители звуковой частоты (обычно отождествляемые с усилителями НЧ), широкополосные усилители гармонических колебаний, импульсные усилители различного назначения, в том числе видеоусилители, усилители постоянного тока, для которых f_н = 0, низкочастотные избирательные усилители.

Под усилителями ВЧ и СВЧ условно понимают усилители, предназначенные для усиления спектров модулированных радиосигналов. Для таких усилителей отношение f_в/f_н обычно не превышает 1,1.

В специальной литературе принято классифицировать усилители переменного тока по диапазону рабочих частот согласно табл. 1.1.

Таблица 1.1 - Границы частотных диапазонов

Диапазон	Аббревиатура	Границы диапазона	Единицы измерения
Очень низкие частоты	ОНЧ	3 - 30000	Гц
Низкие частоты	НЧ	30 - 300	КГц
Средние частоты	СЧ	300 - 3000	КГц
Высокие частоты	ВЧ	3 - 30	МГц
Очень высокие частоты	ОВЧ	30 - 300	МГц
Ультравысокие частоты	УВЧ	300 - 3000	МГц
Сверхвысокие частоты	СВЧ	3 - 30	ГГц
Крайне высокие частоты	КВЧ	30 - 300	ГГц
Гипервысокие частоты	ГВЧ	300 - 3000	ГГц

Кроме того, усилители ВЧ и СВЧ диапазонов подразделяются на:

- узкополосные усилители (усилители радиочастот с частотной селекцией сигналов), у которых соотношение f_н/f_в близко к единице (f_н/f_в < 2), а диапазон частот намного выше звуковых. Эти усилители широко применяются в радиоприемных устройствах (их изучают в соответствующем курсе). В выходные цепи каскадов здесь включаются колебательные контуры, резонансная частота которых f_р ≈ (f_н+f_в)/2. Поэтому они называются также резонансными или частотно-избирательными усилителями. Их полоса пропускания ∆f = f_в−f_н << f_р;

- широкополосные усилители (ШУ) (f_н/f_в > 2), у которых f_в > 100 кГц, а f_н – десятки Гц. Сюда относятся усилители видеотракта в телевизионной технике, видеоусилители радиолокационных приемников и т.д. Такие усилители в отличие от резонансных иногда называют апериодическими; они имеют почти монотонную (апериодическую) передаточную характеристику и без явно выраженной частотной селекцией сигналов.

- импульсные усилители (ИУ), которые в свою очередь классифицируются по длительности усиливаемых импульсов на микро-, нано- и пикосекундные.

ШУ гармонических колебаний, применяемые в основном в измерительной аппаратуре (широкополосные генераторы, вольтметры, осциллографы и т.д.), рассчитываются на работу в полосе частот от десятков Гц до нескольких единиц или десятков МГц.

Спектр частот, необходимый для неискаженного усиления различного рода импульсов, зависит от их формы и длительности. В частности, для видеоусилителей необходимый спектр частот имеет тот же порядок, что и для ШУ гармонических колебаний.

ВЧ усилители с резонансными контурами или полосовыми фильтрами представляют собой в основном усилители ВЧ трактов радиопередающих и радиоприемных устройств различного назначения (усилители высокой и промежуточной частот).

По типу усилительных элементов – на ламповые, транзисторные, на интегральных микросхемах, квантовые и др.

По области применения – микрофонные, трансляционные, измерительные, телевизионные, магнитофонные, радиолокационные и т.д.

По функциональному назначению – на усилители напряжения, тока и мощности.

Кроме рассмотренных основных признаков усилители могут классифицироваться по ряду дополнительных признаков – числу каскадов, типу питания, конструктивному исполнению и др.

Устройства на основе усилителей – это в основном преобразователи электрических сигналов и сопротивлений. Первые из них называются также активными устройствами аналоговой обработки сигналов. Их выполняют на базе усилителей либо путем непосредственного применения последних со специальными цепями обратной связи (ОС), либо путем некоторого видоизменения.

Сюда относятся устройства суммирования, вычитания, дифференцирования, интегрирования, детектирования, перемножения, деления, сравнения и др. Преобразователи сопротивлений также выполняют на основе применения принципа ОС в усилителях. Они могут преобразовывать величину, знак и характер сопротивления. Используют их в некоторых устройствах обработки сигналов. Особый класс составляют всевозможные генераторы и связанные с ними устройства (их изучают в соответствующем курсе).