Усилители электрических сигналов

Усилители – электронные устройства предназначены для повышения (усиления) мощности входного сигнала за счет энергии источника.

В зависимости от вида выходного сигнала УЭ делятся на:

• Линейные U_вых = kU_вх

• Нелинейные U_вых = f(U_вх)

Структура и эквивалентная схема уэ

С точки зрения электрических свойств любой усилитель можно рассматривать как четырехполюсник, имеющий 2 входа, на которые поступает входной сигнал, и 2 выхода, с которых снимается выходной сигнал. Усилитель можно рассматривать как активный четырехполюсник, к входным зажимам которого подключается источник сигнала (генератор напряжения или тока), а к выходным – нагрузка. Часто (но не всегда) источник сигнала и нагрузка имеют общую точку (“землю”).

Источником сигнала и нагрузкой может служить и один усилитель для другого усилителя.

Z’н – комплексное сопротивление нагрузки.

Для лин. УЭ любой усилитель со стороны входа может быть представлен как R_вх. Любой усилитель со стороны выхода может быть представлен либо в виде управляемого источника напряжения (kU_вх), либо управляемого источника тока k_ii_вх, а также эквивалентного выходного сопротивления.

Как правило, в усилителях вход и выход связаны общей шиной (заземление корпуса).

Основные характеристики и параметры усилителей

1. Основной параметр – коэффициент усиления:

K_u = - по напряжению

~ - на переменном токе

k_i = - по току

k_p = k_i

k может измеряться в относительных единицах или в децибелах (K(Дб)=20lg(k)).

2. R_вх = - входное сопротивление УЭ по переменному току

3. R_вых = - эквивалентное выходное сопротивление

хх – без нагрузки

Многоканальные усилители

Многокаскадные усилители используют для усиления слабых сигналов.

Сложный усилитель состоит из отдельных ступеней - каскадов, включенных последовательно. Каждый каскад отвечает специфичным требованиям. Особо выделяют входной, выходной, иногда предоконечный каскады.

У₁ – первый каскад (входной усилитель, предварительный). Как правило, обеспечивает согласование с источником сигнала;

У_n – выходной усилитель (каскад), оконечный усилитель;

У₂ – У_n-1 – промежуточные усилители. Выходной каскад, как правило, обеспечивает согласование с нагрузкой, а основное усиление осуществляется в промежуточных каскадах.

К_ =

K_^дб =

Многокаскадные усилители различаются способами связи между каскадами, а также с источником сигнала и нагрузкой:

1. Усилители с емкостной связью (или RC-связью) - для передачи переменного напряжения.

2. Усилители с трансформаторной связью - также для усиления переменного напряжения.

3. Усилители с непосредственной (гальванической) связью - для усиления очень медленных изменений напряжения или тока. Это - усилители постоянного тока.

Широко применяются усилители с обратной связью, в которых часть энергии с выхода усилителя подается на вход.

Задача

2-х каскадный усилитель, К_ = 100 дб, K_u1 = 100, K_u2 =?

K_u1 = 40 дб  K_u2 = 1000 = 60 дб.

Классификация усилителей:

1. Линейные

2. Нелинейные

По АЭ (активный элемент):

• Ламповые

• Транзисторные

• Интегральные

• Магнитные

• Тиристорные и др.

По R_вх и R_вых:

R_вх

• Если R_вх  R_г – усилители напряжения (с входом по напряжению)

• Если R_вх  R_г – усилители тока

• R_вх  R_г – усилители мощности (согласованные)

R_вых

• R_вых  R_н – усилители тока (с выходом по току)

• R_вых  R_н - усилители напряжения

• R_вых  R_н – усилители мощности (согласованные)