Классификация усилителей

1) По абсолютному значению усиливаемых частот.

2) По характеру входного сигнала:

1. Усилители непрерывных сигналов;

2. Усилители импульсных сигналов;

2) По назначению:

1. Усилители напряжения;

2. Усилители тока;

3. Усилители мощности;

3). По виду используемых активных элементов:

1. Усилители на электронно-вакуумных лампах (ЭВЛ);

2. Усилители на биполярных транзисторах (БТ);

3. Усилители на полевых транзисторах (ПТ);

4. Усилители на туннельных диодах (ТД);

5. Параметрические усилители. В них активным усилительным элементом является реактивный элемент цепи: L, C;

6. Усилители на интегральных схемах;

4). По числу усилительных каскадов:

Под усилительным каскадом понимают минимальный набор пассивных и активных элементов, обеспечивающих усиление электрического сигнала.

7. Однокаскадные;

8. Многокаскадные;

5). По виду связи между каскадами:

1). Усилители с RC-связью или с реостатно-емкостными связями (рис.8. ). Каскады 1 и 2 должны иметь общую точку нулевого потенциала. Такая связь возможна только в усилителях переменного тока.

2). Трансформаторная связь (рис.8. ). При трансформаторной связи передача сигнала от одного каскада к другому осуществляется с помощью трансформатора. Каскады могут не иметь общей точки нулевого потенциала. Такая связь возможна только в усилителях переменного тока.

3). Непосредственная или гармоническая связь между каскадами (рис. ). Связь между каскадами осуществляется непосредственно или через резисторы. При такой связи каскады обязательно должны иметь общую точку нулевого потенциала и такая связь применима только в УПТ.

4). Оптронная связь (рис. ). При такой связи каскады могут не иметь общей точки нулевого потенциала. Такая связь применима в усилителях переме6нного тока и УПТ.

Многокаскадные усилители

Одиночный усилительный каскад имеет невысокий коэффициент усиления (10-500). Для получения больших коэффициентов усиления применяют многокаскадные усилители, в которых каскады соединяют последовательно.

Будем считать, что: 1) частотная характеристика коэффициента усиления i-ого каскада и равны К_i(jω)= К_i(ω)e^jφ; 2) каскады согласованы по напряжению т.е. выходное сопротивление предыдущего и входное сопротивление последующего связаны соотношением . Последнее означает, что каскады можно рассматривать как независимые.

Отсюда следует, что

Отсюда следует, что АЧХ коэффициента усиления есть , а его ФЧХ - . Эти соотношение говорят о том, что с увеличением числа каскадов Коэффициент усиления возрастает, а полоса пропускания многокаскадного усиления уменьшается. Так, если все каскады одинаковы и имеют граничную частоту , то общая граничная частота многокаскадного усилителя равна , где n - число каскадов.

Режимы работы активных элементов усилительного каскада

Режим работы активного элемента усилительного каскада характеризуется: а) его рабочей точкой; б) уровнем (величиной) входного сигнала; в) наличием резистора в коллекторной цепи.

Рабочая точка это совокупность постоянных напряжений и токов на выводах активного элемента при отсутствии сигнала на входе. Для биполярного транзистора рабочая точка определяется четырьмя величинами . Эти величины взаимосвязаны и потому достаточно задавать лишь две из них.

В зависимости от уровня входного сигнала различают два режима работы. 1. Режим малого входного сигнала, когда выполняется условие . В таком режиме рабочую точку выбирают из условия, когда . Чаще всего за рабочую точку принимают режим рекомендованный в справочниках для измерений параметров биполярного транзистора. Для маломощных транзисторов это составляет ;

2. Режим большого входного сигнала, когда . Рабочую точку выбирают по ВАХ транзистора исходя из получения , . Положение рабочей точки определяют по графикам входных и выходных ВАХ.

В зависимости от положения рабочей точки различают следующие классы работы активных элементов. Режим класса: A, В, AB, С, D.

1. Режим класса А. Рабочая точка выбирается на середине линейного участка ВАХ (точка А) и при воздействии входного сигнала ее положение остается в пределах этого линейного участка (участок АВ–F). Здесь КНИ→min, а КПД→max.

2. Режим класса В. Рабочая точка выбирается при напряжении, когда выходной ток практически обращается в ноль. Здесь .

3. Режим класса АВ. Рабочая точка выбирается на начале линейного участка.

4. Режим класса С. Рабочая точка выбирается при U_{БЭ РТ} < U_{БЭ ПОР}.

5. Режим класса Д. Биполярный транзистор работает не в усилительном, а в ключевом режиме и под действием входного сигнала находится в одном из двух состояний: насыщения или отсечки.

Принцип работы усилительного каскада на биполярном транзисторе в активном режиме

Биполярный транзистор в зависимости от наличия сопротивления в цепи коллектора может работать в двух режимах: статическом (ненагруженном) или динамическом (нагруженном).

Ненагруженным режимом работы считается режим, когда в коллекторной цепи отсутствует коллекторное сопротивление (рис. ). Здесь U_бm - амплитуда гармонического входного сигнала, а U_{бэ рт} напряжение источника задающего рабочую точку транзистора, Ек – источник питания коллекторной цепи.

Схема работает так. Под действием источников напряжения в цепи базы возникает ток базы, состоящий из двух составляющих I_б=I_брт+I_бm. Под действием этих токов базы в цепи коллектора возникает ток коллектора состоящий из двух составляющих I_к= BI_б= I_крт+I_кm.

Коэффициент усиления сигнала по току составляет К_i=I_кm/I_бm =B т.к. В>>1, то происходит усиление по току.

В ненагруженном режиме U_кэ=Е_к и потому режим называют статическим. В этой схеме нет усиления по напряжению.

Для усиления сигнала по напряжению применяют нагруженный режим работы транзистора. В коллекторную цепь транзистора включают резистор R_к (рис. ). Он служит для преобразования усиленного переменного тока в усиленное выходное напряжение. В таком режиме выходное напряжение связано с I_к соотношением U_кэ=Е_к - I_кR_к, его называют нагрузочной прямой. Под действием входного сигнала напряжение U_кэ изменяется во времени, а потому этот режим называется динамическим. Полезным эффектом в процессе усиления является усиление переменной составляющей входного сигнала.

U_кэ = E_к – J_кR_к = E_к – J_кртR_к – J_кmR_к = U_кэрт – U_кэm

Отсюда следует, что

где h₁₁ - входное сопротивление БТ, это сопротивление ЭП смещенного в прямом направлении.