Основні технічні показники підсилювачів

Найважливішими технічними показниками підсилювача є: коефіцієнти підсилення (по напрузі, струму і потужності), вхідний і вихідний опору, вихідна потужність, коефіцієнт корисної дії, номінальна вхідна напруга (чутливість), діапазон частот підсилюються, динамічний діапазон амплітуд і рівень власних перешкод, а також показники, що характеризують нелінійні, частотні та фазові спотворення підсилюється сигналу.

Коефіцієнт посилення - відношення сталих значень вихідної та вхідної сигналів підсилювача. Залежно від типу підсилюється величини розрізняють коефіцієнти підсилення:

по напрузі Ku = D U2 / D U1;

по току Ki = D I2 / D I1;

за потужністю Кр = Р2 / Р1,

де U 1, U 2, I 1, I 2 - діючі (або амплітудні) напруги і струми.

Так як P 1 = U 1 I 1 і P 2 = U 2 I 2, то коефіцієнт підсилення по потужності Kp = KuKi.

Амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ) називається залежність модуля коефіцієнта посилення До підсилювача від частоти вхідного сигналу f (або від кругової частоти w = 2 p f).

Для осі абсцис зазвичай використовують логарифмічний масштаб. Це викликано тим, що частотний діапазон сучасних підсилювачів може бути дуже великий і, якщо застосувати лінійний масштаб по частоті, то така характеристика буде незручна для використання, так як всі нижні частоти будуть стислі біля початку координат, а область верхніх частот виявиться занадто розтягнутою. Тому при побудові амплітудно-частотних характеристик частоту по осі абсцис зручніше відкладати не в лінійному, а в логарифмічному масштабі - для кожної частоти фактично по осі відкладається величина lg f, а підписується значення частоти f.

Коефіцієнт посилення на графіку може бути представлений по-різному - або в абсолютних, або у відносних значеннях. Застосування відносних значень обумовлено значним технологічним розкидом значень коефіцієнта підсилення окремих зразків реальних підсилювачів. Тому для зручності взаємного зіставлення АЧХ підсилювачів з різними значеннями Км їх зазвичай нормують, представляючи вихідний параметр у вигляді відносної величини, тобто

N (ω) = K (ω) / Kmax,

де К (ω) і Km - коефіцієнт підсилення на частоті ω і максимальне значення коефіцієнта підсилення.

 

Фазочастотного характеристикою (ФЧХ) називають залежність фазового зсуву вихідного сигналу відносно вхідного від частоти вхідного сигналу. Типовий вид фазової характеристики показаний на малюнку 3.3, б. По осі абсцис відкладаються значення частоти вхідного сигналу в логарифмічному масштабі, а по осі ординат - аргумент комплексного коефіцієнта посилення підсилювача (в градусах або радіанах) в лінійному масштабі.

На частотах, рівних нулю і прагнуть до нескінченності, створюються кінцеві фазові зрушення, так як підсилювач має у схемі кінцеве число реактивних елементів. В області середніх частот робочої смуги підсилювача фазові зрушення, як правило, незначні; в області нижніх і верхніх частот фазові зрушення зростають.

Вхідний і вихідний опору. Підсилювач можна розглядати як активний чотириполюсник, до вхідних затискачів якого підключається джерело підсилюється сигналу, а до вихідних - опір навантаження.

 

Вхідний і вихідний опору - найважливіші параметри підсилювальних пристроїв. Їх значення повинні враховуватися при узгодженні підсилювального пристрої як з джерелом вхідного сигналу (датчиком), так і з навантаженням. У загальному вигляді значення вхідного і вихідного опорів носять комплексний характер і єфункцією частоти. Ці залежності необхідно враховувати при аналізі впливу на вхід підсилювального пристрою неперіодичного сигналу, який характеризується широким спектром гармонійних складових. На практиці зазвичай для більшості випадків обмежуються розглядом тільки активних складових вхідного і вихідного опорів. Для них справедливі наступні вирази:

R вх = R 1 = (U 1 / I 1) при R н - const,

R вих = U 2 X / I 2 K,

де R 2 X - напруга холостого ходу на виході підсилювача (R н = ∞); I 2К - струм короткого замикання (R н = 0).

 

 

Підсилювачемелектричнихколиваньназивається пристрій, якийдаєзмогупринаявностінайоговходіколиваньздеякимрівнемпотужностідістатинаопорінавантаженнятісаміколивання, алезбільшимрівнемпотужності.

Найважливішими технічними показниками підсилювача є: коефіцієнти підсилення (по напрузі, струму і потужності), вхідний і вихідний опору, вихідна потужність, коефіцієнт корисної дії, номінальна вхідна напруга (чутливість), діапазон частот підсилюються, динамічний діапазон амплітуд (підсилення) і рівень власних перешкод, а також показники, що характеризують нелінійні, частотні та фазові спотворення підсилюється сигналу.

Коефіцієнтпідсилення — один з найважливішихпоказниківпідсилювача.Вінпоказує, в скількиразівкориснийефектнаопорінавантаженняпідсилювачабільший, ніжвідповіднийефектпідсилюваногосигналунайоговході.Кориснийефект на виходіпідсилювачаможевизначатисяпотужністю, напругоюабострумом.

Частотнийдіапазонпідсилювача (абосмугапропускання) — цеінтервал частот, у межах якогозмінакоефіцієнтапідсилення не перевищує допустимого значення.

Частотніспотворенняпідсилювача — цеспотворення; зумовленінерівномірністюйогокоефіцієнтапідсиленнявдіапазоніробочихчастотчерезнаявністьусхеміпідсилювачачастотно-залежнихелементів. Частотніспотвореннявизначаються АЧХ підсилювача.

Нелінійніспотворення — цеспотворенняформивихідногосигналу, зумовленінаявністювсхеміпідсилювачанелінійнихелементів. До останніх належать активніелементипідсилювача, а такожтрансформатори та дроселі з магнітнимосердям.

Фазовіспотворення — цеспотворенняформивихідного сигналу,зумовленінеоднаковимфазовимзсувомскладових спектра підсилюваного сигналу. Фазові спотворення, що вносяться підсилювачем, оцінюються за його фазочастотного характеристиці, що представляє собою графік залежності кута зсуву фази між вхідним і вихідним напругами підсилювача від частоти. Фазові спотворення в підсилювачі відсутні, коли фазовий зсув лінійно залежить від частоти.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) характеризує якість схеми підсилювача як перетворювача енергії ДЖ в енергію корисного сигналу. ККД визначається відношенням номінальної вихідної потужності до споживаної підсилювачем потужності і виражається в процентах. У реальних схемах підсилювачів ККД = 12 – 65 %.

Вхідний опір. Для джерела підсилюваного сигналу підсилювач є навантаженням, опір якого називається вхідним опором підсилювача. Цей опір визначається виразом

Вихіднийопір — цевнутрішнійопірпідсилювача як джерелапідсиленого сигналу. Визначаєтьсявінз боку виходупідсилювача при вимкненомуйогонавантаженні.

Динамічнийдіапазонпідсилювача — цеінтервалзначеньамплітудвихідноїнапругивідмінімальнорозпізнаного до максимально допустимого, в межах якоговсіпоказникипідсилювачамаютьдопустимізначення.

Кількіснодинамічнийдіапазонпідсилювачавизначаєтьсякоефіцієнтомдинамічногодіапазону, щовиражається в децибелах

Значення для різних схем підсилювачів лежать у межах 20 – 80 дБ

Номінальна вхідна напруга (чутливість). Номінальним вхідною напругою називається напруга, яке потрібно підвести до входу підсилювача, щоб отримати на виході задану потужність. Чим менше величина вхідної напруги, що забезпечує необхідну вихідну потужність, тим вище чутливість підсилювача. Подача на вхід підсилювача напруги, що перевищує номінальну, призводить до значних спотворень сигналу і називається перевантаженням з боку входу. Якщо підсилювач призначений для роботи від декількох джерел, то його вхід розраховується зазвичай на найменше напруження, яке дає одне з джерел, а інші джерела сигналу включаються через дільники напруги.