17

Классификация и параметры усилителей

1.1. Назначение и классификация усилителей

1.1.1. Назначение усилителей

Усилители электрических сигналов применяют в самых различных областях науки и техники. Наиболее широко используют усилители в радиовещании, телевидении, вычислительной технике, ядерной физике, радиолокации и радионавигации, автоматике, медицине и т.д. Усилители можно применять как самостоятельные устройства и как составную часть более сложных аппаратов. Что же представляет собой усилитель? Усилителем электрических сигналов называют устройство, которое позволяет при наличии на его входе сигнала с малым уровнем мощности получить на нагрузке, включенной на выходе, тот же сигнал, но со значительно большим уровнем мощности. Мерой величин сигналов на входе и выходе может быть также величина напряжения или тока. Блок-схема усилительного устройства показана на рис.1.1.

Предварительный усилитель				Выходной (n) каскад (УМ)
Rн 1-й каскад	2-й каскад	. . .	(п-1)-й каскад
Усилитель

Рис. 1.1

Усилительное устройство включает в себя собственно усилитель, источник питания постоянного тока, источник усиливаемого сигнала E_г и нагрузку R_н. Усилитель имеет входные и выходные клеммы (вход и выход). Ко входу усилителя подключается источник усиливаемого сигнала с ЭДС Е_г и внутренним сопротивлением R_г, обеспечивающий на входных зажимах усилителя сигнал, характеризуемый величинами p₁, u₁, i₁. Обычно величина u₁ измеряется милливольтами (иногда микровольтами). Источником сигнала может быть датчик сигнала или предыдущий усилитель. К выходу усилителя подключается нагрузка. Нагрузкой может быть и вход последующего усилителя. Усиленный сигнал на выходе (в нагрузке) характеризуется величинами p₂, u₂, i₂.

Эффект усиления заключается в том, что в нагрузку поступает энергия от источника питания постоянного тока (не от источника сигнала!), преобразованная под воздействием (управлением) усиливаемого (входного) сигнала (p₁, u₁, i₁) в выходной сигнал (p₂, u₂, i₂), имеющий форму входного сигнала, но значительно больший уровень (иногда на много порядков), чем сигнал на входе.

Источник питания (как правило, источник постоянного тока) – принципиально необходимое звено в усилительном устройстве. Преобразование энергии этого источника в энергию усиленного сигнала производится при помощи активного (усилительного) элемента. В качестве активного элемента, как правило, используются транзисторы разных типов. В дальнейшем в пособии будут рассматриваться только транзисторные усилители, как дискретные, так и микроэлектронные.

Для связи активных элементов с источником сигнала и нагруз­кой, а также для связи их между собой, для задания необходимых условий работы активного элемента используются пассивные элементы: резисторы, конденсаторы, дроссели и др. В микросхемах конденсаторы и дроссели не применяются. Активный элемент (транзистор) совместно со всеми вспомогательными элементами, обеспечивающими его нормальную работу, называется усилительным каскадом. Несколько связанных между собой каскадов (может быть один каскад совместно с источником питания) образуют усилительное устройство, которое обычно подразделяется на собственно усилитель и источник питания. При этом в собственно усилителе выделяется ещё предварительный усилитель (первые каскады) и выходной усилитель (последний каскад) – усилитель мощности. При этом каскады предварительного усилителя и оконечный усилитель (усилитель мощности) различаются режимом работы. Считается, что предварительные каскады работают в режиме очень малых сигналов (малосигнальный режим), а оконечные усилители – в режиме большого сигнала (нелинейный режим). Если последний каскад работает в режиме малого сигнала, то деление на предварительные и оконечные каскады теряет смысл и все каскады рассматриваются как предварительные (малосигнальные). Подробно смысл малого и большого сигналов будет раскрыт позднее.

Как правило, оконечные каскады (усилители мощности) отличаются и устройством (схемой), но это отличие необязательно.