Основные технические характеристики усилителей.

1. Коэффициент усиления в соответствии с видом усиливаемой величины называют коэффициентом усиления по напряжению, току или мощности. Коэффициент усиления показывает, во сколько раз напряжение (ток, мощность) на выходе усилителя больше, чем на входе, и обозначается соответственно К_U (K_I, K_P), Коэффициент усиления по напряжению

(обычно K_U обозначается просто К)

Для многокаскадного усилителя

К=К₁К₂…К_m

где К_{1 ,} К₂ ,…К_m – коэффициент усиления соответствующих каскадов.

2. Выходная мощность – это мощность, которая развивается на выходном нагрузочном сопротивлении усилителя:

Обычно используют значения номинальной выходной мощности - наибольшей мощности, развиваемой на нагрузке, при которой искажения не превышают заданных значений.

3. Коэффициент полезного действия определяется отношением полезной выходной мощности к мощности, потребляемой всеми источниками питания.

4. Частотные искажения – это искажения, вызванные различной степенью усиления на различных частотах из-за присутствия в схемах усилителей реактивных элементов (индуктивных катушек и конденсаторов)

5. Фазовые искажения – это искажения, вызванные нелинейной зависимостью сдвига фазы между входным и выходным напряжениями усилителя от частоты. Причиной этих искажений является присутствие реактивных элементов в схемах усилителя.

6. Нелинейные искажения возникают из-за нелинейности вольтамперных характеристик усилительных элементов и проявляется в искажении формы усиливаемого сигнала.

3.Принцип действия УНЧ на биполярном транзисторе.

Усилители на биполярных транзисторах обычно собирают по схеме с общим эмиттером. На рис.1 представлена схема простейшего УНЧ на биполярном транзисторе.

Рисунок 1 – Принципиальная схема усилителя низкой частоты

Принцип действия УНЧ состоит в том, что напряжение синусоидального сигнала u_вх подают на участок база-эмиттер через разделительный конденсатор С_р1, что создает пульсацию тока базы относительно постоянной составляющей I_б0. Значение I_б0 определяется напряжением источника Е_к и сопротивлением резистора R_б. Изменение тока базы вызывает соответствующее изменение тока коллектора, проходящего по сопротивлению нагрузки R_н. Переменная составляющая тока коллектора создает на сопротивлении нагрузки R_н усиленное по амплитуде падение напряжения u_вых.

При расчете усилительного каскада исходными данными являются величина выходного напряжения, допустимый уровень искажений, сопротивление нагрузки, напряжение питания и т.д. Обычно расчет ведется с использованием семейства входных и выходных характеристик транзистора, снятых для схемы включения с общим эмиттером.

Расчет начинают с построения нагрузочной линии на выходных характеристиках транзистора (рис.2)

Рисунок 2 – Выходные характеристики биполярного транзистора.

Если сопротивление нагрузки R_н и напряжение источника Е_к заданы, то положение линии нагрузки определяется точками С и D. При этом точка D задана значением Е_к, а точка С – током коллектора при условии, что напряжение U_кэ= 0. В этом случае ток коллектора определяется по формуле:

Линия нагрузки СD пересекает семейство выходных характеристик. Выбираем рабочий участок на линии нагрузки так, чтобы искажения сигнала при усилении были минимальны. Для этого точки пересечения линии СD с выходными характеристиками должны находится в пределах прямолинейных участков последних. Этому требованию соответствует участок АВ линии нагрузки.

Рабочая точка при синусоидальном входном сигнале находится в середине этого участка – точка О. Проекция отрезка АО на ось определяет амплитуду коллекторного тока, а проекция того же отрезка на ось абсцисс – амплитуду переменной составляющей коллекторного напряжения.

Рабочая точка О определяет ток коллектора I_к0 и напряжение на коллекторе U_кэ0, соответствующие режиму покоя.

Кроме того, точка О определяет ток покоя базы I_б0, а следовательно, и положение рабочей точки О′ на входной характеристике. Точкам А и В выходных характеристик соответствуют точка А′ и В′ на входной характеристике (рис.3). Проекция отрезка А′O′ на ось абсцисс определяет амплитуду входного сигнала U_{вх m}, при которой будет обеспечен режим минимальных искажений.

Строго говоря, U_{вх m} необходимо определять по семейству входных характеристик. Но так как входные характеристики при различных значениях напряжения U_кэ, отличаются незначительно, на практике пользуются входной характеристикой, соответствующей среднему значению U_кэ= U_кэ0.

Рисунок 3 - Выходные характеристики биполярного транзистора.

Кроме того, по входной характеристике определяется величину напряжения смещения на базе транзистора U_бэ0. Величины токов и напряжений, соответствующие режиму покоя, являются исходными данными для расчета компонентов схемы, сопротивлений и конденсаторов.

При неправильном выборе рабочей точки, т.е. если положительная и отрицательная амплитуды выходного сигнала неодинаковы, в усилителе возникают нелинейные искажения.

Рассмотренная схема часто используется в качестве предварительного каскада усиления. Реальные схемы усилителей содержат несколько каскадов усиления, что значительно повышает коэффициент усиления усилителя.

Обратная связь