Основні показники роботи підсилювачів

Класифікація підсилювачів

Електронним підсилювачем називається пристрій, що дозволяє перетворювати вхідні електричні сигнали в сигнали більшої потужності на виході без суттєвого викривлення їх форми. Ефект збільшення потужності можливий при наявності в пристрої деякого зовнішнього джерела, енергія якого використовується для створення підвищеної потужності на виході. Це джерело енергії, що перетворюється підсилювачем в енергію посиленихсигналів, називається джерелом живлення.

Енергія джерела живлення перетвориться в енергію корисного сигналу за допомогою підсилювальних, або активних елементів. Пристрій, що є споживачем посилених сигналів, називають навантаженням підсилювача, а ланцюг підсилювача, до якої навантаження підключена, - вихідний ланцюгом, або виходом підсилювача. Джерело вхідного сигналу, який потрібно підсилити, називається джерелом сигналу, або вхідним джерелом або генератором, а ланцюг підсилювача, в яку вводять вхідний сигнал, називається вхідний ланцюгом, чи входом підсилювача.

Будь-який підсилювач модулює енергію джерела живлення вхідним керуючим сигналом. Цей процесздійснюється за допомогою керованого нелінійного елементу.

Узагальнена структурна схема підсилювального пристрою наведена на малюнку 3.1. Для забезпечення посилення сигналу підсилювач (У), послідовно з яким з'єднаний джерело живлення Еп, повинен включати в себе нелінійний елемент, керований вхідним електричним сигналом U1. До вхідний (керуючої) ланцюга підсилювача підключено джерело ЄС підсилюється сигналу (при цьому Zc - комплексне значення внутрішнього опору джерела), а до вихідний - навантажувальний пристрій з опором Zн.

Малюнок 3.1. Узагальнена структурна схема підсилювального пристрою

Зазвичай, у першому наближенні, опору вважають активними, враховуючи їх комплексність тільки при розгляді специфічних питань.

Підсилювальні пристрої знаходять дуже широке застосування. Вони є основними вузлами різної електронної апаратури, широко використовуються в пристроях автоматики і телемеханіки, в стежать, керуючих і регулюючих системах, лічильно-обчислювальних та обчислювальних машинах, контрольно-вимірювальних приладах і т.п.

Розподіл підсилювачів на типи зазвичай здійснюють за призначенням підсилювача, характеру вхідного сигналу, смузі і абсолютним значенням підсилюються частот, виду використовуваних активних елементів.

За своїм призначенням підсилювачі умовно діляться на підсилювачі напруги, підсилювачі струму і підсилювачі потужності. Якщо основна вимога - посилення вхідного напруги до необхідного значення, тотакий підсилювач відносять до підсилювачів напруги. Якщо основна вимога - посилення вхідного струму до потрібного рівня, то такий підсилювач відносять до підсилювачів струму. Слід зазначити, що в підсилювачах напруги і підсилювачах струму одночасно відбувається посилення потужності сигналу (інакше замість підсилювача досить було б застосувати трансформатор). У підсилювачах потужності на відміну від підсилювачів напруги та струму потрібно забезпечити в навантаженні заданий або максимально можливий рівень потужності сигналу. Нижче будуть наведені необхідні співвідношення, що характеризують посилення напруги, струму та потужності.

Залежно від характеру вхідного сигналу розрізняють підсилювачі гармонічних (безперервних) сигналів і підсилювачі імпульсних сигналів. До першої групи належать пристрої для посилення безперервних електричних сигналів, гармонійні складові яких змінюються багато повільніше всіх нестаціонарних процесів в ланцюгах підсилювача. До другої групи підсилювачів належать пристрої для посилення електричних імпульсів різної форми і амплітуди з допустимими спотвореннями їх форми. У цих підсилювачах вхідний сигнал змінюється настільки швидко, що процес встановлення коливань є визначальним при знаходженні форми вихідного сигналу. У межах даного курсу ми будемо вивчати підсилювачі гармонічних сигналів.

Смуга і абсолютні значення підсилюються частот дозволяють розділити підсилювачі на такі типи.

Підсилювачі постійного струму (ППС) (точніше, підсилювачі повільно мінливих напруг і струмів) призначені для посилення електричних коливань у межах від нижчої частоти fн, рівною нулю, до верхньої робочої частоти fв підсилювача, складовою нерідко десятки і сотні кілогерц. Ці підсилювачі широко застосовуються у вимірювальній апаратурі, пристроях автоматики та обчислювальної техніки. Вони дозволяють посилювати якзмінні складові сигналу, так і його постійну складову.

Підсилювачі змінного струму призначені для посилення лише змінних складових вхідного сигналу. У залежності від граничних значень робочого діапазону частот підсилювачі змінного струму можуть бути низької та високої частоти. Для підсилювачів низької частоти (УНЧ) справедливо нерівність fв - fн>> fн. Частотний спектр (УНЧ) лежить в межах від десятків герц до десятків (сотень) кілогерц. У підсилювачах високої частоти посилення сигналу здійснюється в діапазоні частот, визначених нерівністю fв - fн <<fв.

По ширині смуги підсилюються частот виділяють виборчі підсилювачі, що підсилюють електричні сигнали у вузькій смузі частот fв / fн <1,1. З а межами цієї смуги посилення різко падає. Ці підсилювачі можуть використовуватися як на низьких, так і на високих частотах і виступають в якості своєрідних частотних фільтрів, що дозволяють виділити (або придушити) заданий діапазон частот електричних коливань. Вузька смуга частотного діапазону у багатьох випадках забезпечується застосуванням як навантаження таких підсилювачів одного або декількох коливальних (резонансних) контурів. У зв'язку з цим виборчі підсилювачі часто називають резонансними, або смуговими.

Широкосмугові підсилювачі, що підсилюють електричні сигнали в дуже широкому діапазоні частот fв / fн> 1000. Ці підсилювачі призначені для посилення сигналів в пристроях імпульсної зв'язку, радіолокації і телебачення. У багатьох випадках посилені сигнали відтворюються на екрані електронно-променевої трубки і реєструються візуально. Тому часто широкосмугові підсилювачі називають відеопідсилювачах. Крім свого основного призначення, ці підсилювачі з успіхом використовуються також у пристроях автоматики, та обчислювальної техніки.

За родом застосовуваних активних елементів підсилювачі діляться на транзисторні, магнітні, діодні, лампові, параметричні та ін В якості активних елементів в даний час в підсилювачах частіше використовуються польові або біполярні транзистори або інтегральні схеми. Широко застосовувалися раніше підсилювальні лампи в розробці нової підсилювальної апаратури практично не використовуються. Значно рідше, ніжтранзистори й інтегральні схеми, застосовуються активні елементи у вигляді нелінійних ємностей або індуктивностей і спеціальні типи напівпровідникових діодів.

Наведена класифікація розглядає підсилювальні пристрої з різних позицій. Тому для повної характеристики конкретного підсилювача необхідно знання всіх його основних ознак.