Общие понятия об усилителях.

Электронные усилители.

Электронным усилителем называют устройство, предназначенное для повышения мощности входных электрических сигналов. При этом процесс усиления сигналов осуществляется с помощью усилительных элементов – транзисторов.

По назначению различают усилители напряжения, тока и мощности.

Различают усилители постоянного и переменного тока.

Усиление мощности электрического сигнала осуществляется за счет более мощного источника питания и изменения сопротивления усилительного элемента.

Если усиление одного усилителя недостаточно, то к выходу первого усилителя подключают вход второго усилителя, выход которого подключается к входу третьего элемента, и т.д. Такой усилитель называют многокаскадным. а связь между каскадами может быть емкостной, трансформаторной или непосредственной .

Параметры усилителей.

Коэффициенты усиления по напряжению K_u, току K_i и мощности K_p:

K_u=U_вых/U_вх, K_i=I_вых/I_вх, K_p=P_вых/P_вх

Если усилитель содержит n каскадов, то K=K₁K₂…K_n

При большом числе каскадов коэффициент усиления получается слишком громоздким, поэтому ввели логарифмическую шкалу K, единицей которой является децибел

К_U= 20 lg(U_вых/U_вх) = 20 lgК_U,

К_I=20 lg(I_вых/I_вх)=20 lgK_I

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя (в дБ).

К =K₁ + К₂+…+ К_n=∑K_i

Амплитудно-частотная характеристика.

Зависимость модуля коэффициента усиления от частоты представляет собой амплитудно-частотную характеристику усилителя, графическое изображение которой показано на рис. 1, а.

Рис. 1

Поскольку модуль коэффициента усиления на разных частотах имеет разные значения, гармонические составляющие сложного входного сигнала усиливаются не одинаково и, следовательно, форма выходного сигнала отлична от формы входного сигнала. Такие искажения усиливаемого сигнала называют частотными искажениями. Причиной частотных искажений являются реактивные элементы усилителя (индуктивности и емкости), сопротивления которых зависят от частоты. Мерой частотных искажений служит коэффициент частотных искажений М, равный отношению модулей коэффициентов усилении на средней и данной рабочей частотах:

М =K₀/ K_f (4.5)

или в дБ

М = 20 lg(K₀/K_f) = 20 lgM

Для многокаскадногоусилителя

М = M₁M₂…M_n=nM_i (4.6)

Обратные связи в усилителях.

Улучшить параметры усилителя можно с помощью обратной связи, т. е. искусственной цепи, по которой часть энергии с выхода усилителя направляется на его вход, изменяя режим входной цепи. При этом образуется замкнутый контур, состоящий из усилителя и звена обратной связи — петля обратной связи.

Рис. 3

Коэффициент передачи звена обратной связи β, показывает какая часть напряжения с выхода усилителя передается на его вход (рис. 3):

β=U_ос/U_вых (4.12)

Если сигнал обратной связи поступает на вход усилителя в противофазе с входным сигналом, то коэффициент усиления усилителя уменьшится. Такую обратную связь называют отрицательной обратной связью (ООС).

Коэффициент усиления усилителя с ООС:

K_ос=K/(1+βK) (4.16)

Отрицательную обратную связь широко используют в усилителях, так как с ее введением повышается устойчивость работы усилителя, уменьшаются частотные и нелинейные искажения и уменьшаются помехи.

Обратную связь, при которой коэффициент усиления усилителя увеличивается, называют положительной обратной связью

K_ос=K/(1-βK) (4.18)

При βK→1 Кос→∞, и колебания на выходе усилителя будут существовать даже при отсутствии полезного входного сигнала, развиваясь из малых шумовых сигналов. Усилитель самовозбуждается, превращаясь в генератор электрических колебаний широкого спектра частот. Такой режим работы усилителя недопустим.