Основные показатели усилителей.

Классификация усилительных устройств и их основные показатели.

В современной электронной технике имеет место большое разнообразие электротехнических устройств. Общим для них является то, что все они представляют собой электромагнитные устройства, в которых происходят процессы, получающиеся одним и тем же законом электромагнетизма. Электронные усилительные устройства не являются исключением. Анализ их работы основан на общих законах теории цепей.

Электронный усилитель – это такое устройство, которое позволяет управлять электрической энергией.

Отличительной особенностью такого устройства является превышение управляемой мощности над управляющей. Управляющая мощность носит название мощности возбуждения усилителя или входной мощности . Управляемая мощность представляет собой мощность, потребляемую усилителем от источника питания .

Часть потребляемой мощности, отдаваемая во внешнюю цепь, представляет собой выходную мощность .

Структурная схема усилительного устройства представлена на рис.

 

Усилитель

Источник питания

Источник возбуждения

Нагрузка

 

 

Источник возбуждения вырабатывает входную мощность

Выходная мощность, отдаваемая в нагрузке – .

Таким образом, назначением усилителя является повышение мощности источника возбуждения, путём использования его энергии для управления более мощным источником, питающим усилитель. Коэффициент усиления мощности усиления равен:

 

Усилители находят широкое применение в радиосвязи и радиовещании, телевидении и проводной связи, радиолокации и радионавигации.

Что представляет собой сигнал источник возбуждения.

 

Электродвижущая сила сигнала может изменяться во времени по сложному закону.

 

 

Такой сигнал может быть разложен в ряд Фурье, что позволит выделить спектр частот, из которых он состоит.

Если функция периодическая, то спектр будет дискретный.

То есть, если , то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если – любая периодическая во времени функция, то

 

 

 

 

 

 

 

 

Если – любая непериодическая функция, то спектр частот будет сплошной.

Диапазон спектра частотисигнала делит сигналы на два вида:

· Низкочастотные, у которых отношение (акустические)

 

запомним

· Высокочастотные

Пример спектра высокочастотного сигнала.

 

 

С другой стороны сигналы делят на гармоническиеиимпульсные.

ü К гармоническим относятся сигналы, для которых неодинаковое смещение во времени отдельных составляющих спектра частот при прохождении их через усилитель допустимо.

 

ü К импульсным сигналам относятся такие, для которых неодинаковое смещение во времени составляющих спектра частот сигнала при их прохождении через усилитель не должно иметь места (с заданной точностью). Примером могут являться импульсы малой длительности.

 

Усилитель, для того, чтобы пропускать сигнал сам должен иметь соответствующую полосу пропускания.

Полоса должна из практических соображений быть:

 

 

Тогда по полосе пропускания усилители можно классифицировать следующим образом:

· - усилители постоянного тока

· - усилители переменного тока

 

По спектру частот сигнала:

· усилители низкой частоты (усилители звуковой частоты)

· усилители высокой частоты (усилители резонансные, полосовые)

В зависимости от вида сигнала усилители низкой и высокой частоты подразделяют на усилители гармонических и импульсных сигналов. Это различие условное, так как вид сигнала в основном определяет подход к проектированию (с точки зрения формирования нужной характеристики). Так для усилителей импульсного сигнала наибольший интерес представляет переходный режим при подаче на вход ступенчатой единичной ЭДС.

На практике встречается название «широкополосный усилитель». Под ним понимается усилитель, полоса пропускания которого шире определённого предела.Так, если

 

для усилителя низкой частоты, то его называют широкополосным усилителем низкой частоты.

Если , то его называют широкополосным усилителем высокой частоты.

Широкополосным называется и усилитель импульсного сигнала в силу того, что его проектирование требует большого значения .

Если , то усилитель называют узкополосным низкой частоты.

Таким образом усилители делят по частоте:

· усилители постоянного тока

· усилители переменного тока

По спектру частот сигнала:

· усилители низкой частоты

· усилители высокой частоты

По виду сигнала:

· усилители гармонические

· усилители импульсные

По величине полосы пропускания:

· широкополосные

· узкополосные

К важнейшим показателям усилителя относятся коэффициенты, выражающие его усилительные свойства, когда источник сигнала носит гармонический характер.

 

· коэффициент усиления (напряжения)

· коэффициент усиления тока

· сквозной коэффициент усиления

, где

При условии, что и входная мощность и выходная оказываются активными и коэффициент усиления по мощности

Коэффициент усиления усилителя равен произведению его каскадов,

Так, если ,

,

,

А всего усилителя

Усиление в децибелах будет

Тогда

 

Амплитудная характеристика

 

Рабочий диапазон частот представляет собой некоторый интервал значений частот от до , внутри которого коэффициент усиления изменяется по определенному закону с известной точностью.

Частотная характеристика – зависимость коэффициента усиления от частоты.

нормированная.

 

 

Например. Граница рабочего диапазона частот телевизионных усилителей при передаче чёрно-белого изображения 50Гц – 6МГц.

Фазовая характеристика – зависимость от частоты сдвига фазы между входным и выходным напряжением усилителя.

 

 

Основной характеристикой в переходном режиме является переходная характеристика, представляющая собой зависимость от времени выходной величины при ступенчатом изменении входной задающей величины:

 

 

 

 

 

· время нарастания

· от 0 до – время задержки

 

· - выброс

· - спад вершины

· - подъём вершины

 

Связь

Под искажением усиливаемого сигнала понимается его изменение, вызванное несовпадением реальных характеристик. Искажения делятся на линейные и нелинейные.

К линейным относятся такие частотные искажения, возникающие при отклонении частотной характеристики.

 

 

 

Мерой частотных искажений является нормированное сквозное усиление на границах частот в децибелах.

 

 

Где – сквозной коэффициент усиления на средней частоте, за которую принимается

 

Точно также критерием искажения импульса являются характеристики: время нарастания, время задержки, величина выбросаи величина спада.

К нелинейным относятся искажения, вызванные нелинейностью динамической характеристики усилителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Количественный уровень нелинейных искажений усилителей гармонического сигнала оценивается, в первую очередь величиной коэффициента гармоник, представляющего собой отношения действующего значения напряжения или тока высших гармоник, появившихся в результате нелинейных искажений, к действующему значению напряжения или тока основной частоты.