Аналоговые усилители. Классификация. Основные характеристики и параметры усилителей

Усилителемназывается устройство, предназначенное для усиления входных электрических сигналов по напряжению, току или мощности за счет преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала.

Усилитель включает в себя нелинейный элемент, управляемый входным электрическим сигналом Uвх, источник питания Uп и нагрузочное устройство с сопротивлением Zн.

Входной сигнал Uвх управляет параметрами нелинейного элемента. В качестве нелинейного элемента используются электровакуумные приборы, транзисторы и другие

элементы.

Рис. 47. Структурная схема усилительного устройства

Усилитель может иметь один или два входа и один или два выхода. Один из входов обычно является прямым, а второй – инверсным.

Классификация усилителей производится по многим признакам:

-по виду усиливаемого сигнала они делятся на усилители гармонических и импульсных сигналов;

-по типу усиливаемого сигнала усилители подразделяют на усилители напряжения, тока и мощности;

- по диапазону усиливаемых частот различают усилители постоянного тока и усилители переменного тока. В свою очередь усилители переменного тока в зависимости от диапазона усиливаемых частот делятся на усилители низкой частоты (УНЧ), высокой частоты (УВЧ), широкополосные и избирательные усилители. Последние обеспечивают усиление в узком диапазоне частот; по виду нагрузки различают усилители с активной, с активно-индуктивной и емкостной нагрузкой.

Усилители могут быть однокаскадными и многокаскадными с гальванической, емкостной и индуктивной связью.

В зависимости от режима работы можно выделить два класса усилителей: усилители с линейным режимом работы и усилители с нелинейным режимом

работы.

Основными характеристиками любого усилителя являются:

1. амплитудная характеристика, которая представляет собой зависимость: . Для линейных усилителей это прямая, проходящая через начало координат;

2. амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Отражает зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты. Реально в усилителях из-за наличия паразитных емкостей и индуктивностей различные частоты усиливаются неодинаково;

3.фазово-частотная характеристика . Отражает зависимость угла сдвига фазы выходного сигнала по отношению к фазе входного сигнала;

4.переходная характеристика – отражает реакцию усилителя на единичный скачок входного напряжения. Переходная характеристика определяется по ее изображению на экране осциллографа при подаче на вход усилителя входного сигнала прямоугольной формы. Процесс изменения выходного сигнала может быть колебательным (кривая 1) либо аппериодичным (кривая 2).

Важнейшими параметрами усилителя являются:

1.коэффициенты усиления по току K_I ,

2. коэффициент усиления по напряжению K_U

3. коэффициент усиления по мощности K_P :

4. полоса пропускания усилителя (2 f ) - характеризует частотные свойства усилителя.

5. Входное и выходное сопротивление необходимо учитывать при согласовании с источником входного сигнала и с нагрузкой. В общем случае значение входного и выходного сопротивлений носят комплексный характер и являются функцией от частоты: ;

6. Выходная мощность усилителя – это мощность, которая выделяется на нагрузке.

7. Искажения сигналов в усилителе – это отклонение формы выходного сигнала от формы входного сигнала. Различают два вида искажений: статические (нелинейные) и динамические (линейные). Нелинейные искажения возникают в умножителе за счет работы его на нелинейном участке ВАХ. Количественно нелинейные искажения оцениваются коэффициентом нелинейных искажений.

Линейные искажения определяются амплитудно-частотной характеристикой усилителя и количественно оцениваются коэффициентами частотных искажений на низких и высоких частотах.

Для получения высоких коэффициентов усиления в состав усилителя входит обычно несколько каскадов. Первым каскадом как правило является предварительный усилитель, затем идут промежуточный усилитель и усилитель мощности. Предварительный усилитель обеспечивает связь источника сигнала с усилителем. Он должен иметь большое входное сопротивление для того, чтобы не ослаблять входной сигнал. Промежуточный усилитель обеспечивает основное усиление, а усилитель мощности обеспечивает заданную выходную мощность. При построении усилительных устройств наибольшее распространение получили каскады на биполярных и полевых транзисторах, включенных с ОЭ (OU) или с ОК (OC).