Розділ 3 ПІДСИЛЮВАЧІ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ

Тема 3.1. КЛАСИФІКАЦІЯ І ОСНОВНІ ТЕХНІЧНІ ПОКАЗНИКИ ПІДСИЛЮВАЧІВ

План

1.Класифікація підсилювачів

2.Основні технічні параметри підсилювачів

3.Характеристики підсилювачів

1. Класифікація підсилювачів Електронним підсилювачем називається пристрій, призначений для підсилен-

ня потужності електричних сигналів Підсилювачі класифікують по декількох ознаках:

1)За призначенням (підсилювачі напруги,струму та потужності)

2)За формою сигналу (підсилювачі гармонійних сигналів,імпульсні підсилювачі і т.д.)

3)За діапазоном частот електричних сигналів.

Основою класифікацією підсилювачів є діапазон частот підсилюваних сигналів. За частотою підсилювачі поділяють на:

1.Підсилювачі низької частоти (ПНЧ) – діапазон підсилювальних частот від 10 Гц до 100 кГц.

2.Підсилювачі високої частоти (ПВЧ) – діапазон підсилювальних частот від 100 кГц до 100 мГц.

3.Підсилювачі постійного струму (ППС). Вони можуть підсилювати постійний струм. Діапазон підсилювальних частот від 0 Гц до одиниць мегагерц.

4.Вибірні (селективні) або резонансні підсилювачі. Вони підсилюють сигнали в дуже вузькій смузі частот.

5.Широкосмугові підсилювачі. Діапазон частот від декількох кілогерців до декількох мегагерців. Ці підсилювачі призначені для підсилення сигналів в пристроях імпульсного зв’язку, радіолокації і телебачення. Часто широкосмугові підсилювачі називають відео-підсилювачами.

Найпростіший вузол, що забезпечує підсилення електричного сигналу, назива-

ють підсилювальним каскадом.

За видом зв’язку між джерелом сигналу та каскадами підсилювачі поділяються на такі типи:

-з безпосереднім зв’язком,

-резистивним зв’язком,

-оптронним зв’язком,

-резистивно – ємнісним зв’язком

-трансформаторним зв’язком.

2. Основні технічні параметри підсилювачів.

1) Коефіцієнт підсилення. Коефіцієнт підсилення за напругою, струмом або потужністю показує, у скільки разів встановлена напруга ( струм або потужність)

Рис Структурна схеми підсилювача

2) Вхідний і вихідний опори. Підсилювач можна розглядати як активний чотириполюсник, до вхідних затискачів якого під’єднано джерело підсилювального сигналу, а до вихідних – опір навантаження (рис.2)

Рис.2. Підсилювач як активний чотириполюсник

Джерело вхідного сигналу представлено в виді генератора напруги з ЕРС Евх, що має внутрішній опір Rг. Зі сторони вихідних затискачів підсилювач показаний у виді генератора напруги з ЕРС Евих і внутрішнім опором Rвих.

Вхідний опір підсилювача представляє собою опір між вхідними клемами під-

підсилювача при вимкненому опорові навантаження Rн.

В залежності від співвідношення між опорами Rг і Rвх джерело сигналу може працювати в режимі холостого ходу (Rвх >> Rг), короткого замикання (Rвх << Rг), і узгодження (Rвх ≈ Rг). Аналогічні режими роботи можливі для вихідного кола (Rн>> Rвих – холостий хід; Rн << Rвих – коротке замикання; Rн ≈ Rвих – узгодження ). У відповідності з цим і розрізняють режими підсилення наруги , струму і потужності.

3) Вихідна потужність. При активному характері опору навантаження вихідна

де Uвих – діюче значення вихідної напруги; Umвих – амплітудне значення вихідної напруги.

4) Коефіцієнт корисної дії (к.к.дη.)=підсилювача дає змогу оцінити його економічність

(11)

де P0 – загальна потужність, що відбирається від всіх джерел живлення. 5) Діапазон підсилювальних частот, або смуга пропускання підсилювача – це

область частот, в якій коефіцієнт підсилення змінюється не більше , ніж це допустимо за технічними умовами.

6) Динамічний діапазон амплітуд – це відношення амплітуд найсильнішого і найслабшого сигналів на виході підсилювача. Динамічний діапазон амплітуд звичайно виражають в децибелах:D = 20lg

(12)

Рівень найслабшого сигналу обмежується в підсилювачі його власними шумами. Причини виникнення завад на виході підсилювача різні. Їх можна поділити на три основні групи: 1) теплові шуми; 2) шуми підсилювальних елементів; 3) завади що виникають в наслідок пульсацій напруг живлення і наведення збоку зовнішніх електричних і магнітних полів.

7) Нелінійні спотворення – це зміна форми підсилювальних сигналів, яка зумовлена нелінійними властивостями кола, через яке ці сигнали проходять. Основною причиною виникнення нелінійних спотворень у підсилювачі є нелінійність характеристик транзисторів і намагнічування транзисторів, що мають осердя з магнітних матеріалів.

Ступінь нелінійних спотворень підсилювача оцінюють величиною коефіцієнта

нелінійних спотворень (коефіцієнта гармонік)

Кг =

, (13)

де P2 + P3 + … + Pn – сума електричних потужностей, що виділяються на навантаженні гармоніками, які виникають в наслідок нелінійного підсилення;

P1 – електрична потужність першої гармоніки.

Якщо опір навантаження має незмінну величину для всіх гармонічних складо-

U1, U2, U3, Un – діючі (або амплітудні) значення першої, другої, третьої і т. д. гармонік вихідної напруги.

Коефіцієнт нелінійних спотворень звичайно виражають у відсотках, тому знайдені за формулами (13) і (14) значення К слід помножити на 100. Загальну величину коефіцієнта нелінійнихКг.загспотворень. = Кг + ггпідсилювача+ + Кг визначають за формулою:

, (15)

де Кг1, Кг2, Кгn – нелінійні спотворення, внесені кожним каскадом підсилювача. 8) Частотні спотворення. Вони зумовлені змінами величини коефіцієнта підсилення на різних частотах. Причиною частотних спотворень є наявність у схемі підсилювача реактивних елементів – конденсаторів, котушок індуктивності, міжелек-

тродних ємностей транзисторів. Залежність величини реактивного опору від частоти не дає змоги дістати сталий коефіцієнт підсилення в широкій смузі частот.