Глава 8. Усилители электрических сигналов

Существует ряд технических задач, когда слабомощный источник сигнала оказывается неспособным управлять исполнительным устройством (нагрузкой). Для решения этих задач используют усилители электрических сигналов. Их размещают между источником сигнала и нагрузкой и они увеличивают входной сигнал в К>1-раз (рис. .)

Под усилителем понимают устройство, в котором сравнительно маломощный входной сигнал управляет передачей гораздо большей мощности от источника питания (ИП) в нагрузку (Rн). Обобщенная схема включения усилителя приведена на рис. . Слева вход усилителя (выводы 1-1¹), а справа выход (2-2¹), к нему подключена нагрузка

Усилитель имеет четыре вывода а потому представляет собой активный четырехполюсник, его функциональная схема приведена на рис. .

Основные параметры и характеристики усилителя

1. Входное сопротивление , в общем случае величина комплексная.

2. Выходное сопротивление ;

3. Коэффициент усиления ;

В зависимости от характеристики физической величины на входе и выходе различают следующие коэффициенты усиления: а) коэффициент усиления по напряжению ; б) коэффициент усиления по току; в) коэффициент усиления по мощности.

Коэффициент усиления – это относительная безразмерная величина. Иногда вместо них пользуются относительными логарифмическими величинами, которые измеряются в . При этом;.

При воздействии на усилитель гармонического сигнала коэффициент усиления оказывается зависящим от частоты. Эта зависимость, характеризуются частотной характеристикой коэффициента усиления. Она является комплексной функцией от частоты:

АЧХ: ; ФЧХ:;

Из частотной характеристики следуюь следующие параметры усилителя:

К⁰_u-коэффициент усиления в рабочем диапазоне частот.

ω_в, ω_н- верхняя и нижняя граничные частоты рабочего диапазона частот, они определяются из выражения К_u(ω_гр)/К⁰_u= 2^-1/2

Δω=ω_в- ω_н– диапазон рабочих частот.

Амплитудная характеристика усилителя

Амплитудная характеристика усилителя – это зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды сигнала гармонического сигнала на входе U_2m=f(U_1m)|_f=Δf, когда частота входного сигнала находится в рабочем диапазоне.

Для идеального усилителяU_2m=КU_1m. График АХ есть прямая (см рис. 8 ).

Для реального имеются отличия:

Область 1 - область малых амплитуд входного сигнала. Отличие состоит в том, что при U_1m=0 выходной сигнал U_2m >0. Это связано с усилением собственных внутренних шумов и внешних электромагнитных наводок на элементах усилителя.

Область 2 – это область больших амплитуд входного сигнала. Отличия связаны с нелинейностью вольт – амперных характеристик активных элементов. Их выходной сигнал не может превысить напряжения питания. Из АХ вытекает два параметра усилителя:

а. D=U_m2max/U_m2min - динамический диапазон усилителя. Чем больше D, тем качественнее усилитель.

б. Чувствительность. Различают две чувствительности:

1.)Номинальная – величина входного сигнала, при котором на выходе обеспечивается номинальная мощность.

2).Пороговая – минимальный входной сигнал, при котором выходной сигнал однозначно определяется над уровнем шумов усилителя.

Пороговую чувствительность определяют, когда: ее называют предельная чувствительность усилителя.