2. Классификация усилителей:

1. По частоте:

   0. 1.1 Усилители низкой частоты (УНЧ) усиливают частоты до 100 кГц;

   1. 1.2 Усилители высокой частоты (УВЧ) работают от 100 кГц до 300 МГц;

   2. 1.3 Усилители сверхвысоких частот (УСВЧ) усиливает частоты до 3ГГц.

2. По усиливаемой величине:

   0. 2.1 Усилители тока;

   1. 2.2 Усилители напряжения;

   2. 2.3 Усилители мощности.

Рис.3

Усилитель

Рассмотрим соотношение сопротивлений источника и нагрузки:

Рис.4

r_вн

1. R_н << r_вн - условие передачи наибольшего тока в нагрузку;

2. R_н >> r_вн - условие передачи наибольшего напряжения в нагрузку;

3. R_н = r_вн - условие передачи наибольшей мощности в нагрузку.

2.1 Для усилителей тока выполняется:

R_вх.ус << R _ист.вх

R_н << R_вых.ус

2.2 Для усилителей напряжения:

R_вх.ус >> R _ист.вх

R_н >> R_вых.ус

3. Для усилителей мощности:

R_вх.ус = R _ист.вх

R_н = R_вых.ус

Чаще всего реализуется R_вх.ус >> R _ист.вх и R_н = R_вых.ус

Согласование сопротивлений обязательно для усилителя.

3. По числу каскадов:

0. 3.1 Однокаскадные усилители

1. 3.2 Двухкаскадные усилители

2. 3.3 Многокаскадные усилители

Каскад усиления – это часть схемы, которая может усиливать сигнал, не зависимо от других элементов.

4. По элементам связи между каскадами:

0. 4.1 усилители с резистивно-емкостной связью;

1. 4.2 Усилители с трансформаторной связью;

2. 4.3 усилители с непосредственной связью по постоянному току;

3. 4.4 усилители с оптронной связью.

5. Специальные усилители:

0. 5.1 Широкополосные усилители – имеют достаточно большой интервал усиливаемых частот;

1. 5.2 Узкополосные усилители – имеют узкий диапазон усиливаемых частот;

2. 5.3 Усилители постоянного тока, дифференциальные усилители, операционные усилители.

3. ОUвых m , Uвх m - амплитудное Uвых , Uвх - действующее u - мгновенное сновные параметры усилителей

   1. Коэффициент усиления:

1. Коэффициент усиления по напряжению

K_U=U_{вых m} / U_{вх m} = U_вых / U_вх (1)

2. Коэффициент усиления по току

K_I=I_{вых m} / I_{вх m} = I_вых / I_вх (2)

3. Коэффициент усиления по мощности

K_P = Р_вых/Р_вх = K_U ·K_I (3)

Коэффициент усиления напряжения (K_U) показывает во сколько раз Uвых больше Uвх.

Кроме относительных единиц измерения полученных по формулам (1,2,3) существуют логарифмические единицы измерения – называемые децибелы:

K_U (ДБ) = 20 lg K_U

K_I (ДБ) = 20 lg K_I

K_P (ДБ) = 10 lg K_P

Например:

Громкость	Ku (ДБ)	0	1	2	3	10	20	40	60	80
Напряжение	Ku	1	1,12	1,26	1,41	3,16	10	100	103	104

Выражение Ku в ДБ связано с тем, что ухо человека реагирует на звуковые колебания в соответствии с логарифмическими законами.

2. Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания по частоте) – это интервал частот, для которых изменение коэффициента усиления Ku не превышает √2 раз.

Диапазон усиливаемых частот удобно показывать и определять по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ)

АЧХ – это математическое или графическое представление зависимости коэффициента усиления от частоты.

АЧХ → Ku = f (F)

Пример АЧХ усилителя:

Рис.5

√2 раз взят, потому что при изменении тока в телефоне в √2 раз и не более, человеческое ухо не реагирует на изменения громкости.

Непрямолинейность АЧХ говорит о наличии частотных искажений.

Частотное искажение – это различный коэффициент усиления для разных частот.

Частотные искажения обусловлены реактивными сопротивлениями цепей.

X_с = 1/(2πfC)

X_L = 2πfL

Частотные искажения характеризуются коэффициентом частотных искажений:

M_F=K_U0/K_UF,

где K_U0 – коэффициент усиления на частоте F0;

K_UF - коэффициент усиления на частоте F;

Частотные искажения называются линейными искажениями, поскольку они вызываются линейными элементами L и С. Эти же элементы вызывают фазовые искажения сигнала при усилении.

Фазовые искажения – это различный сдвиг фаз Uвых от Uвх при разных частотах.

Существуют нелинейные искажения, они обусловлены нелинейными элементами цепи (пример – полупроводниковые приборы). Нелинейные элементы вызывают искажения формы сигнала.

Все виды искажений характеризуются своими коэффициентами.

3. Динамический диапазон входных напряжений удобно определять и показывать на амплитудных характеристиках Uвых m = f (Uвх m) – это зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного.

Пример амплитудной характеристики.

D = U_{вх m max} / U_{вх m min} – определение динамического диапазона входных напряжений

Рис.6

U_{вх m max}

4. КПД усилителя

η = Р_вых / Р_ист,

где Р_вых – мощность сигнала на выходе;

Р_ист – мощность выделяемая источником.

Тема 5.2 Усилительный элемент (каскад)

1. Усилитель на БТ с фиксированным током базы – схема №1:

0. 1.1 Динамическая выходная характеристика;

1. 1.2 Роль элементов в схеме;

2. 1.3 Рабочая точка;

3. 1.4 Графический анализ работы схемы. Постоянная и переменная составляющая тока коллектора.

2. Упрощенный расчет элементов схемы.

3. Усилитель на БТ с фиксированным напряжением базы – схема №2

0. 3.1 Назначение и расчет элементов схемы

1. 4 Режим работы усилителя. Методы стабилизации режима работы, схема №3 .

2. 4.1 Создание и применение режимов работы. Схема №4.

1. Усилитель на БТ с фиксированным током базы – схема №1.

Рис.7

Рис.8 – Входная характеристика БТ

U_бэА

Роль элементов:

R_б – обеспечивает начальное напряжение на базе, которое называется напряжением смещения на базе U_бэА. Это напряжение заранее открывает транзистор, поэтому схема реагирует на любые достаточно малые по амплитуде сигналы (смотри входную характеристику).

R_к – выполняет две функции:

1. Rк образует делитель напряжения с транзистором

2. Rк ограничивает ток коллектора так, чтобы он не превышал допустимого значения: I_{k max} = E_k/R_k ≤ I_кдоп, значит R_k ≥ E_k/ I_кдоп.

Состояние покоя схемы – это состояние схемы при U_вх = 0.

Параметры схемы в состоянии покоя обозначаются с индексом А (например U_бэА).

Чтобы проанализировать работу схемы, рассмотрим понятие выходной динамической характеристики – это зависимость тока коллектора от напряжения коллектора-эмиттера, когда Е_к, R_к = const. -- I_k = f(U_кэ), при Eк, Rк -- const

Получим уравнение выходной динамической характеристики каскада из второго закона Кирхгофа для цепи коллектора:

E_к = I_к · R_к + U_кэ отсюда следует:

I_к = (E_к -U_кэ)/R_к -- уравнение выходной динамической характеристики (1)

.

Из формулы (1) следует, что графиком выходной динамической характеристики служит прямая линия, которая называется нагрузочная прямая.

Построение нагрузочной прямой

Для построения достаточно указать в системе координат две точки.

Например:

M (U_кэ=0; I_к = Е_к/R_к)

N (U_кэ = Е_к; I_к=0)

А (U_кэА; I_кА; I_БА)

Пример 1.

Дано:

E_к = 12 В

R_к = 0,4 кОм = 400 Ом

Построить нагрузочную прямую.

Решение:

M ( U_кэ=0; I_к=0,03А=30мА)

N ( U_кэ=12В; I_к=0)

Рис.9

Рабочая точка (А) – это точка на нагрузочной прямой, соответствующая состоянию покоя схемы.