Общие сведения об усилителях.

В настоящее время трудно определить область техники, где бы ни находили применение усилители электрических сигналов. Это объясняется, как правило, несоответствием параметров электрических сигналов, получаемых при первичном преобразовании различных неэлектрических физических величин в электрические, параметрам, необходимым для нормальной работы большинства исполнительных (нагрузочных) устройств.

Усилителем называют устройство, предназначенное для усиления входного электрического сигнала по напряжению, току или мощности за счет преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала.

Как следует из данного определения, суть процесса усиления электрических сигналов состоит в преобразовании энергии источника питания усилителя в энергию выходного сигнала по закону, определяемому входным управляющим воздействием. Другими словами, любой усилитель модулирует энергию источника питания входным управляющим сигналом. Этот процесс осуществляется при помощи управляемого нелинейного элемента.

Таким образом, для обеспечения усиления сигнала усилитель (У), последовательно с которым соединен источник питания , должен включать в себя нелинейный элемент, управляемый входным электрическим сигналом . К входной (управляющей) цепи усилителя подключен источник усиливаемого сигнала (при этом — комплексное значение внутреннего сопротивления источника), а к выходной - нагрузочное устройство с сопротивлением (рис. 2.1.1).

Рис.2.1.1 Обобщенная структурная схема усилительного устройства

Как видно, действие усилителя заключается в обеспечении, условий, при которых маломощный сигнал управляет изменением существенно большего выходного напряжения , обусловленного наличием в выходной цепи источника питания .

Управляемые нелинейные элементы современных усилителей выполняются, как правило, с использованием биполярных и полевых транзисторов (см. гл. 1). Поэтому их часто называют транзисторными усилителями.

Транзистор в аналоговых усилительных устройствах выполняет роль управляемого сопротивления ( на рис. 2.1.1), включенного в цепь нагрузки и источника питания, причем сопротивление транзистора определяется величиной и знаком управляющего сигнала. В зависимости от способа соединения указанных элементов возможны три различные структурные схемы усилительных устройств: последовательная, параллельная и последовательно-параллельная (рис. 2.1.2).

Связь выходного напряжения с параметрами используемых элементов описывается соответственно выражениями:

,

,

.

Рис. 2.1.2. Разновидности структурных схем усилительных устройств: последовательная (а), параллельная (б) и последовательно-параллельная (в)

В зависимости от структуры схемы и конкретного выполнения нелинейного элемента усилитель может быть снабжен одним или несколькими входами выходами.

В зависимости от того, совпадает ли фаза выходного сигнала усилителя с фазой его входного сигнала или она сдвинута на 180°, усилители подразделяют соответственно на не инвертирующие и инвертирующие.