9.3. Электронные уилители.

Классификация и основные технические характеристики

Электронные усилители предназначены для усиления слабых электрических сигналов (колебаний). Электронные усилители можно классифицировать:

по роду усиливаемой величины – усилители напряжения, усилители тока, усилители мощности; по диапазону частот – усилители низкой частоты (УНЧ от 10 Гц до 10 кГц), усилители высокой частоты (УВЧ свыше 10 кГц), усилители постоянного тока (УПТ), импульсные усилители (от 1 кГц до 10 МГц); по числу каскадов усиления – одно-, двух- и многоканальные.

Основными техническими характеристиками усилителей являются: коэффициенты усиления (напряжения, тока, мощности), выходное напряжение, выходная мощность, коэффициент полезного действия.

Коэффициентом усиления усилителя напряжения (тока) называется отношение приращения напряжения (тока) на выходе к приращению напряжения (тока) на входе усилителя , .

Коэффициентом усиления усилителя мощности называется отношение приращения мощности на выходе к приращению мощности на входе усилителя .

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коффициентов усиления его каскадов .

По способу связей усилители могут быть с гальванической развязкой, резистивноемкостной и трансформаторной связями.

Выходная мощность усилителя . Коэффициент полезного действия усилителя .

В усилителях широко используют обратную связь, то есть воздействие выходной цепи усилителя на её входную цепь. Если сигнал с выхода усилителя на его вход увеличит сигнал на входе, то обратная связь называется положительной, если уменьшит – то отрицательной. Отрицательная связь улучшает характеристики усилителя.

9.4. Усилительные каскады на биполярных транзисторах

Усилители низкой частоты на биполярных транзисторах имеют предварительные и выходные каскады усиления.

Рассмотрим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе, собранного по схеме с общим эмиттером. Предварительный каскад усилителя приведен на рис.9.10.

Рис.9.10. Предварительный каскад усилителя на биполярном транзисторе

Напряжение синусоидального сигнала через разделительный конденсатор поступает на участок база-эмиттер транзистора VT. При этом конденсаторы большой ёмкости и отделяют цепь постянного тока (цепь питания транзистора) от цепи источника входного сигнала и цепи нагрузки. Для нормальной работы транзистора VT между эмиттером и базой должно быть приложено небольшое постоянное напряжение смещения (десятые доли вольта). Для получения применен резистор , играющий роль отрицательной обратной связи по току . Так, если , то с увеличением , увеличивается базовый ток и уменьшается входной ток . При этом напряжение невелико, им пренебрегаем. Изменение входного сигнала вызывает изменение коллекторного тока и напряжения на нагрузке . Коэффициенты усиления по напряжению (току) определяются соотношениями , .

Расчёт такого каскада показан графически на рис.9.11. Здесь приведены входная характеристика и выходные статические характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Если принять, что сопротивление нагузки и напряжение источника заданы, то положение линии нагрузки на выходных характеристиках транзистора определяется линией СD. Выбираем на этой линии рабочий участок АВ.

Рис.9.11. Графический расчёт параметров предварительного каскада усилителя на биполярном транзисторе

Рабочая точка О при синусоидальном входном сигнале находится в середине этого участка. Проекция отрезка АО на ось ординат определяет амплитуду коллекторного тока, а проекция того же отрезка на ось абсцисс – амплитуду переменной составляющей коллекторного напряжения. Рабочая точка О указывает, что транзистор находится в режиме покоя (значения и ).

Кроме того, точка О определяет ток покоя базы , а следовательно, и положение рабочей точки О’ на входной характеристике. Точкам А и В выходных характеристик соответствуют точки А’ и В’ на входной характеристике. Проекции отрезка А’О’ на оси абсцисс и ординат определяют соответственно ампитуды переменных входных сигналов по напряжению и току. На практике в качестве входной характеристики используют характеристику, в которой = .

Выходной каскад УНЧ может быть собран на транзисторе по схеме с общим эмиттэром, который изображён на рис.9.12. При этом для увеличения мощности на нагрузке необходимо выполнить условие, при котором сопротивление нагрузки , где внутреннее сопротивление коллекторно-эмиторной цепи транзистора, которое составляет сотни ОМ, то есть больше сопротивления нагрузки .

Понижающие трансформаторы применяют для согласования с , при этом сопротивление первичной обмотки трансформатора , где коэффициент трансформации зависит от отношения витков вторичной и первичной обмоток.

Рис.9.12. Выходной каскад усилителя на биполярном транзисторе

(усилитель мощности)