Избирательные усилители. Усилители мощности. Усилители постоянного тока.

Избирательными (селективными) называют усилители, обеспечивающие усиление сигналов в узкой полосе частот. Такие усилители используют в измерительных системах, в автоматике и т. п. На рис. 11.10 приведена нормированная амплитудно-частотная характеристика избирательного усилителя. Здесь же для сравнения показана пунктиром характеристика широкополосного усилителя.

На практике для оценки степени избирательности усилителя пользуются соотношением (рис. 11.10)

Для большинства избирательных усилителей K_СИ= 1,001...1,1.

Избирательные усилители классифицируют на две группы: с фиксированной частотой (полосовые) и с перенастраиваемой частотой (резонансные). В усилителях с фиксированной частотой применяют частотно-избирательные цепи с неизменными параметрами и высокой добротностью, добиваясь исключительно хорошей избирательности. В усилителях с перенастраиваемой частотой, требующих использования конденсатора переменной емкости, применяют более простые частотно-избирательные цепи. Это ухудшает избирательность частотных характеристик систем.

В зависимости от схемы частотно-избирательной цепи различают два вида избирательных усилителей: с частотно-избирательной LC-нагрузкой в канале прямой связи и с частотно-зависимой RC- цепью в канале обратной связи.

Как уже отмечалось (см. § 11.1), любой транзисторный усилитель является усилителем мощности, поскольку при усилении напряжения или тока наблюдается соответствующее повышение мощности выходного сигнала, отдаваемой каскадом. Поэтому к усилителям мощности относят такие усилители, для которых усиление мощности выходного сигнала является основной задачей, решаемой при минимальном искажении сигнала и максимальном кпд. В общем случае усилители мощности функционируют с максимально допустимой мощностью рассеяния в коллекторе (истоке) транзистора при наилучшем использовании выходных характеристик прибора по напряжению и т. п. Поэтому вопросы термостабилизации нелинейных и частотных искажений сигнала становятся весьма актуальными.

Рис. 11.10. Нормированная амплитудно-частотная характеристика избирательного усилителя

Рис. 11.11. Амплитудно-частотная характеристика усилителя постоянного тока

Коэффициент полезного действия усилителя мощности

где Р_и=U₂I₂cosj — полезная мощность, создаваемая входным сигналом в нагрузочном устройстве; Р_и=U_пI_ср — средняя мощность, потребляемая от источника питания выходной цепью. Так как Р_и>Р_н, то мощность, равная разности

рассеивается в выходной цепи транзистора, вызывая его нагревание. Как видно, с понижением кпд усилительного каскада тепловой режим транзистора ухудшается. Поэтому в усилителях мощности предусматривают средства термостабилизации, исключающие возможности изменения режима и снижения кпд в условиях эксплуатации.

Другим фактором, оказывающим непосредственное влияние на работоспособность усилителей мощности, является проблема обеспечения теплоотвода рассеиваемой в транзисторе мощности. Для улучшения теплоотдачи транзисторов их снабжают радиаторами. Однако строгий расчет параметров охлаждающих устройств применительно к различным условиям охлаждения сложен из-за нестационарности процессов нагревания транзистора и трудностей учета многих факторов (теплового сопротивления контакта корпуса транзистора с радиатором, теплораспределения в радиаторе и т. д.).

Усилителем постоянного тока (УПТ), именуемым также усилителем медленно изменяющихся сигналов, называют усилитель, способный обеспечивать усилительные свойства начиная от частоты ω =0. На рис. 11.11 показана АЧХ усилителя постоянного тока.

Отличительной особенностью УПТ является линейная зависимость выходного сигнала от входного (передаточная характеристика усилителя) и чувствительность этой зависимости к фазе входного воздействия.

Для осуществления возможности работы УПТ при низких частотах необходимо исключить из его межкаскадных соединений трансформаторы (индуктивности) и конденсаторы, т. е. элементы, не способные обеспечить передачу сигнала постоянного тока (ω=0). Поэтому схемотехника многокаскадных УПТ требует использования принципов непосредственной (гальванической) связи между каскадами в сочетании с бестрансформаторным исполнением выходной цепи. Для этого применяют специальные средства согласования каскадов по постояаному току, что усложняет практическую реализацию УПТ.

Отсутствие реактивных элементов в межкаскадных соединениях приводит к тому, что УПТ не огражден от возможности прохождения через него одновременно с полезным сигналом также и тех изменений постоянных составляющих напряжений, которые обусловлены нестабильностью источников питания и электрических, параметров цепи усилителя (например, температурная нестабильность параметров транзистора). Указанные помехи приводят к непостоянству выходного напряжения даже в отсутствие полезного сигнала. При наличии же его они суммируются с выходным сигналом.

Непостоянство выходного напряжения УПТ, обусловленное влиянием внутренних и внешних помех, получило название дрейфа нуля. Величина дрейфа исчисляется по изменению выходного напряжения УПТ за определенный промежуток времени при отсутствии (либо неизменном значении) входного сигнала. Качество УПТ определяется прежде всего минимально достигаемым дрейфом нуля. Для борьбы с дрейфом нуля применяют дифференциальные (мостовые) цепи.