Принципы усиления сигналов и построения усилителей

В настоящее время практически вся информация передаётся при помощи электрических сигналов. Обычно интенсивность этих сигналов очень мала. Например, вследствие их ослабления при передаче на большие расстояния. В этом случае возникает необходимость усиления слабых электрических сигналов.

Электрические усилители – это устройства, которые предназначены для усиления слабых электрических сигналов. Электрические усилители используются в самых разнообразных областях науки и техники – в аппаратуре радиосвязи, в радиовещании, телевидении, радиолокации, измерительной аппаратуре, вычислительной технике, медицине и пр.

Принципы усиления. Функциональную схему электрического усилителя можно изобразить в виде, представленном на рис. 1.1.

На этой схеме используются следующие обозначения.

1 – источник электрических сигналов с малой мощностью;

2 – управляемый элемент (УЭ), выполняющий функции преобразователя энергии источника питания;

3 – нагрузка, на которой выделяется энергия усиленного сигнала;

4 – источник питания;

5 – усилительное устройство, включающее в себя УЭ и источник питания; 1–1 – входная цепь; 2–2 – выходная цепь.

Управляемый элемент 2 совместно с источником питания 4 образует усилительное устройство 5. Усилитель имеет входную цепь 1-1 с входным сопротивлением R_вх и выходную цепь 2-2 с R_вых.

К входным зажимам 1-1 подключён источник электрических сигналов U_г с внутренним сопротивлением генератора R_г. Это может быть антенна, детектор, выход предыдущего усилительного устройства и т. д.

К выходным зажимам 2-2 подключена нагрузка R_н. В качестве нагрузки могут быть использованы: вход последующего усилительного каскада, или различные устройства (ЭЛТ, громкоговоритель и т.д.)

Процесс усиления происходит следующим образом. Входной сигнал небольшой мощности Р_вх от независимого источника изменяет сопротивление управляемого элемента (УЭ). Тем самым изменяется выходной ток, потребляемый от источника питания. Мощность источника питания составляет величину

Р_пит=Р₀= I_потU_пот, (1.1)

где U_поти I_пот – развиваемые источником напряжение и ток.

Эту мощность УЭ преобразует в мощность полезного электрического сигнала P_вых, которая выделяется в нагрузке R_н. Можно записать следующие соотношения для мощности, выделяемой во входной и выходной цепях УЭ:

, (1.2)

где I_вх и I_вых – входной и выходной токи.

Поскольку I_вх<<I_вых, то, соответственно, P_вх<<P_вых.

Таким образом, эффект усиления тем больше, чем сильнее неравенство P_вых>>P_вх.