Раздел 2 электронные устройства

2.1 Электронные усилители

I_вых

I_вх

Усилителем называют устройство, предназначенное для увеличения параметров электрического сигнала (U, I, P). Усилитель имеет входную цепь, к которой подключается усиливаемый сигнал, и выходную цепь, с которой сигнал снимается и подается в нагрузку (рисунок 2.1).

U_вх

U_вых

Рисунок 2.1 – К определению параметров усилителя

Параметры и характеристики усилителей

Основными параметрами усилителя являются:

• K_u = U_вых / U_вх – коэффициент усиления по напряжению;

• K_I = I_вых / I_вх – коэффициент усиления по току;

• K_P = P_вых / P_вх = К_u · К_I – коэффициент усиления по мощности;

• R_вх – входное сопротивление;

• R_вых – выходное сопротивление.

Для усилителя возможны различные значения коэффициентов усиления, но необходимо, чтобы К_P > 1, т. е. отсюда следует, что или К_u или К_I должны быть > 1, иначе устройство потеряло бы смысл как усилитель.

При расчете или выборе усилителя для конкретного случая

предпочтение может отдаваться одному из параметров в зависимости от того, какой параметр на выходе усилителя является определяющим.

Обычно таким параметром является напряжение выходного сигнала.

Поэтому в справочниках по усилителям указывается К_u.

Основными характеристиками усилителя являются:

• амплитудная (АХ), U_вых.m = f (U_вх.m );

• амплитудно-частотная (АЧХ), Кu= f (f);

• фаза-частотная (ФЧХ), φ = f (f).

Многие усилители состоят из нескольких ступеней, которые осуществляют последовательное усиление сигнала и называются каскадами.

Классификация усилителей

Усилители

с нелинейным режимом

с линейным режимом

Усилитель с линейным режимом работы обеспечивает на выходе сигнал, близкий по форме к входному. Такие усилители подразделяются на несколько групп по различным признакам:

1. В зависимости от параметра, который необходимо усилить:

• усилители напряжения;

• усилители тока;

• усилители мощности.

2. По элементной базе:

• ламповые усилители (ОК, ОА, ОС);

• усилители на биполярных транзисторах (ОЭ, ОК, ОБ);

• усилители на полевых транзисторах (ОИ, ОС, ОЗ).

3. По виду АЧХ:

• УПТ (усилители постоянного тока);

• УЗЧ (усилители звуковой частоты);

• УВЧ (усилители высокой частоты);

• ШПУ (широкополосные);

• УПУ (узкополосные).

УПУ

ШПУ

УВЧ

УЗЧ

УПТ

10 Гц – 100 МГц

10 кГц – 100 МГц

10³–10⁸ Гц

f_н

f_н

f_н

f₀

f_в

f_в

f_в

f_в

K_u

K_u

K_u

K_u

K_u

4. По способу соединения каскадов между собой в многокаскадном усилителе:

• усилители с непосредственной или резистивной связью (обычно используется в УПТ);

• усилители с резистивно – емкостной связью (такая связь обычно используется в усилителях переменного напряжения: УНЧ, УВЧ, ШПУ);

• усилители с трансформаторной связью (обычно такая связь используется в усилителях мощности).

В усилителях с нелинейным режимом работы отсутствует пропорциональность между мгновенными значениями входного и выходного тока I и напряжения U. После достижения некоторой величины напряжения входного сигнала напряжение на выходе остается неизменным, т. е. ограничивается на некотором уровне. Такие усилители нашли применение в устройствах для преобразования синусоидального сигнала в импульсный.