Усилительные устройства

Усилительные устройства

Усилительное устройство

• это устройство, преобразующее маломощный входной сигнал в сигнал гораздо большей мощности.

Электронное усилительное устройство

Электронный усилитель

это усилитель, задача которого состоит в том, чтобы увеличить сигнал по мощности, при этом сохраняя форму усиливаемого сигнала.

Электронные усилители

Обычно усилитель состоит из нескольких каскадов, к первому из которых подключают источник сигнала, а к выходу последнего – нагрузку.

Показатели электронных усилителей

Рабочий диапазон частот

это диапазон частот, где коэффициент усиления изменяется в допустимых пределах, заданных в технических условиях на усилитель

• . Для этого надо построить АЧХ усилителя. Обычно этот предел устанавливается на уровне -3 децибел . Почему именно -3 дБ? В свое время так было удобнее учитывать передаваемую энергию. В полосе — 3 дБ передается 50% мощности сигнала.
• Но иногда требуется незначительное изменение коэффициента усиления. Например, в -1 дБ. В этом случае рабочий диапазон частот усилителя будет меньше:

Параметры усилителей

Параметры усилителей

i

• .

При последовательном соединении нескольких усилительных каскадов общий коэффициент усиления определяется по формуле:

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

Зависимость модуля комплексного коэффициента усиления напряжения усилителя от частоты ( K (w))

• Зависимость модуля комплексного коэффициента усиления напряжения усилителя от частоты ( K (w))

• Частоты, на которых коэффициент усиления напряжения уменьшается относительно своего максимального значения называются граничными частотами усилителя (или частотами среза АЧХ): Диапазон частот от w н до w в называется полосой пропускания усилителя : .
• Частоты, на которых коэффициент усиления напряжения уменьшается относительно своего максимального значения называются граничными частотами усилителя (или частотами среза АЧХ):
• Диапазон частот от w н до w в называется полосой пропускания усилителя : .

• По АЧХ усилителя можно определить частотные искажения в любом диапазоне рабочих частот.

Фазочастотная характеристика (ФЧХ)

Зависимость коэффициента усиления напряжения усилителя от частоты j(w)

• Фазочастотная характеристика показывает, как меняется угол сдвига фаз между выходным и входным сигналами при изменении частоты и определяет фазовые искажения .
• в пределах полосы пропускания усилителя фазовые искажения минимальны, однако резко возрастают в области граничных частот.

Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) усилителя — это график зависимости угла сдвига фаз, вносимого усилителем, от частоты. Выглядеть она может примерно вот так:

Амплитудная характеристика усилителя (АХ)

это зависимость амплитуды сигнала на выходе от входного сигнала при фиксированной частоте

• в идеальном случае амплитудная характеристика представляет собой прямую линию, исходящую из начала координат, тангенс угла наклона которой определяет коэффициент усиления K U 0 . Однако в действительности АХ совпадает с прямой только в средней части 2, на участке АВ.

Коэффициент полезного действия

отношение мощности на нагрузке усилителя к мощности, которая потребляется усилителем от источника питания

• где

P вых   — это мощность на нагрузке, Вт

P и.п.   — мощность, потребляемая источником питания, Вт

Искажения сигнала

i

Линейные и нелинейные искажения характеризуют точность воспроизведения формы входного сигнала усилителем.

• .

Линейные искажения

искажения сигнала при прохождении через усилитель , обусловленные зависимостью параметров усилителя от частоты и не зависящие от амплитуды входного сигнала.

вот так из разных синусоид разных частот складывается прямоугольный сигнал:

Собственные шумы усилителя

• Шум  беспорядочные колебания амплитуды сигнала, которые глушат полезный сигнал. Сюда же относятся разного рода помехи.
• Виды шумов усилителя:
• Фон  шум вызван некачественным питанием усилителя. на выходе такого усилителя мы услышим гудение.
• Помехи и наводки  возникают за счет внешних источников: радио- и ТВ-станции, электрооборудование, мощные коммутационные ключи, разрядники, сами радиоэлементы. Сюда относится тепловой шум (джонсоновский), дробовой шум, а также фликкер-шум.

Собственные помехи усилителя

Режимы работы усилителей

определяется положением рабочей точки на характеристике прямой передачи по току усилительного прибора (транзистор, электронная лампа)

Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

с общим стоком

Усиление по напряжению близко к 1, большое входное сопротивление, а выходное низкое. Другое название – истоковый повторитель

ОС  ОК.

с общим затвором

Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, усиления нет., используется в усилит. технике СВЧ.

ОЗ  ОБ.

с общим истоком

Каскад с ОИ даёт усиление по току и ОИ  ОЭ

Усилительные каскады могут строиться на биполярных и полевых транзисторах

ОЭ

усиление

по току в 20-100 раз, по напряжения - в 10-200 раз.

Недостаток -небольшое сопротивление входа (500-1000 Ом) и в выходное сопротивление составляет 2-20 кОм.

создает усиление по напряжению;

Недостаток -небольшое сопротивление входа (30-100 Ом), применяется как генератор колебаний.

Создает усиление по току;

Создает большое сопротивление входа (10-500 кОм), что позволяет удобно согласовывать каскады.

Схемы транзисторного ключа

Схемы транзисторного ключа и характеристики , иллюстрирующие изменения режима при переходе ключа из закрытого состояния ( А ) в открытое ( В )