Классификация усилителей, основные характеристики.

Усилители можно разделить по многим признакам: виду используемых усилительных элементов, количеству усилительных каскадов, частотному диапазону усиливаемых сигналов, выходному сигналу, способам соединения усилителя с нагрузкой и др. по типу используемых элементов усилители делятся на ламповые, транзисторные и диодные. По количеству каскадов усилители могут быть однокаскадными, двухкаскадными и многокаскадными. По диапазону частот усилители принято делить на низкочастотные, высокочастотные, полосовые, постоянного тока (или напряжения).

Связь усилителя с нагрузкой может быть выполнена непосредственно (гальваническая), через разделительный конденсатор (емкостная) и через трансформатор (трансформаторная).

Все характеристики можно разделить на три группы: входные, выходные и передаточные. К входным относятся: допустимые значения входного и выходного напряжения или тока, входное сопротивление и входная емкость.

Основной передаточной характеристикой усилителя является его коэффициент усиления. Так же к техническим показателям усилителей относятся ширина полосы пропускания , чувствительность, выходная мощность , искажения вносимые усилителем. Различают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности.

(64)

Коэффициент усиления в общем случае является комплексной величиной, т.е. он зависит от частоты входного сигнала и характеризуется не только изменением амплитуды выходного сигнала с изменением частоты, но и его задержкой во времени, т.е изменением его фазы.

Если в усилителе имеются несколько каскадов усиления с коэффициентами то коэффициент усиления усилителя

в современных усилителях коэффициент усиления очень большой, поэтому его выражают в логарифмических единицах (в Дб):

; . (65)

Частотная характеристика.

В реальном усилителе сигналы разных частот усиливаются по-разному. Зависимость коэффициента усиления от частоты сигнала называется частотной характеристикой. (рис. 12).

На графике - максимальный коэффициент усиления, -ширина полосы пропускания. Как видно из графика частотной характеристики, в пределах полосы пропускания коэффициент усиления почти не меняется. Уменьшение коэффициента усиления в пределах полосы, не превышающее 3 дБ (20-30%) ухо человека почти не замечает. Из-за неравномерного усиления составляющих сложного сигнала в полосе рабочих частот усилителя возникают частотные искажения. Действительно, усилитель с частотной характеристикой (рис. 12) сигналы с частотой ниже, чем и выше чем усиливает неодинаково по сравнению с сигналами какой- либо средней частоты .

Рис. 12. частотная характеристик

а усилителя

 

Частотные искажения оцениваются коэффициентом частотных искажений М, который представляет собой отношение коэффициента усиления на средней частоте к коэффициенту усиления на определяемой частоте:

. (66)

Коэффициент частотных искажений на верхней и нижней граничных частотах одинаков и равен:

. (67)

Если усилитель состоит из нескольких каскадов и известны частотные искажения в каждом, то коэффициент частотных искажений всего усилителя определяется из формулы:

. (68)

Чувствительностью усилителя называется тот минимальный сигнал, подаваемый на вход, при котором на выходе усилителя создается выходное номинальное напряжение (мощность).

Выходное номинальное напряжение (мощность) - это наибольшее выходное напряжение (мощность), при котором искажения не превышают значений, оговоренных в технической документации.

 

Амплитудная характеристика.

Зависимость выходного напряжения усилителя от его входного при неизменной частоте сигнала называется амплитудной характеристикой (рис. 13).

На амплитудной характеристике имеется три участка. В нижней части она имеет изгиб, так как собственные шумы усилителя соизмеримы с амплитудой сигнала.

В средней части амплитудная характеристика линейна. Это рабочий участок (АВ), при работе на нем не будет искажений формы сигнала, будут минимальными линейные искажения.

Рис. 13. Амплитудная характеристика усилителя

 

В верхней части амплитудная характеристика транзистора также имеет изгиб. Если амплитуда входного сигнала такова, что работа усилителя идет на изогнутых участках, то в выходном сигнале появляются нелинейные искажения. Чем больше нелинейность, тем сильнее искажается синусоидальное напряжение сигнала, т.е. на выходе усилителя появляются новые колебания (высшие гармоники), которых не было в сигнале. Степень нелинейных искажений оценивается величиной коэффициента нелинейных искажений:

. (69)

 

где - сумма электрических мощностей, выделяемая на нагрузке второй, третьей и т.д. гармониками, появившимися в результате нелинейности амплитудной характеристики.

Для многокаскадного усилителя общая величина .