Классификация усилителей на транзисторах, параметры усилителей.

В общем случае усилитель может и усиливать и ослаблять исходный сигнал. Итак, усилителем называется устройство, предназначенное для усиления входного электрического сигнала по току, напряжению и мощности за счёт преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Суть процесса усиления состоит в преобразовании энергии источника питания в энергию выходного сигнала по закону, определяемому входным управляющим воздействием. Для обеспечения усиления сигнала усилитель должен иметь нелинейный элемент, который управляется входным электрическим сигналом. К управляющей цепи усилителя подключен источник усиливаемого сигнала, к выходной – нагрузка.

Управляемый элемент современных усилителей выполняют на биполярных или полевых транзисторах. Он выполняет роль управляемого сопротивления усилителя – Їус, которое в зависимости от взаимного расположения сопротивлений Їус, Їн (нагрузки), Їс (источника усиливаемого сигнала) может быть параллельным (||), последовательным (––) и параллельно-последовательным (||––), следовательно выходное напряжение соответственно будет U_2||= Un/(1 + Їс* (1/ Їн + 1/ Їус)), U_2––=Un* Їн/ (Їн +Їус), U_2||––= Un /(1 + Їус* (1/ Їн + 1/ Їус)

В зависимости от того, совпадает ли фаза выходного сигнала с фазой входного или отличается на 180є, усилители бывают неинвертирующие и инвертирующие. Обычно неинвертирующие обозначаются знаком «+», инвертирующие знаком «–».

Основные параметры усилителей:

Коэффициент усиления По напряжению: По току: По мощности: .

При каскадном соединении нескольких усилителей общий коэффициент усиления: .

Общий коэффициент усиления – величина очень большая, то в графической интерпретации используют логарифмическую шкалу, где все коэффициенты в отличие от обычных имеют размерность децибелы.

Полоса пропускания – диапазон рабочих частот, в пределах которого коэффициент усиления не снижается ниже Кmax/√2, а для характеристики построенной в децибелах не ниже, чем на три децибела. Зависимость коэффициента усиления от частоты называется амплитудно-частотной характеристикой – АЧХ.

Входное и выходное сопротивления

Их значения необходимо учитывать при согласовании усилительного устройства с источником входного сигнала и с нагрузкой. Сопротивления являются функцией частоты.

Z _вх(ω) = U _вх (ω)/ I _вх (ω), при R _н = const

Z _вых(ω) =| U _{вых хх}(ω) – U _вых (ω)|/ I _вых (ω), где U _{вых хх} – напряжение выхода на холостом ходу.

Если учитывать только активную составляющую для определения КПД устройства

R_вх = U₁ / I₁

R_вых = (U_{вых х.х} - U_вых) / I_вых = U_{вых х.х} / I_{вых к.з.} , где I_{вых к.з}. выходной ток короткого замыкания

Выходная мощность – это та часть мощности, которая может быть приложена к нагрузочному устройству P_вых = I_вых² R_н

Переходные характеристики: Зависимость мгновенного выходного тока или напряжения от перепада входного напряжения или тока. Они определяют динамические свойства усилителя. В некоторый момент времени t₀ возникает перепад входного сигнала, тогда на выходе появляются колебания сигнала в течении некоторого времени – t_{установки}, после чего сигнал остается постоянным.