Общие сведения

Усилителем называют устройство, предназначенное для увеличения параметров электрического сигнала (напряжения, тока, мощности). Усилитель (рисунок 3.1) имеет входную цепь, к которой подключается усиливаемый сигнал, и выходную цепь, с которой выходной сигнал снимается и подается в нагрузку.

Основными параметрами усилителя являются коэффициент усиления по напряжению К_U = U_вых / U_вх, коэффициент усиления по току K_I = I_вых / I_вх и коэффициент усиления по мощности К_P = .

Для усилителя возможны различные значения коэффициентов усиления К_и, K_I, К_Р, но принципиально то, что коэффициент усиления по мощности К_P обычно существенно больше единицы. Из этого следует обязательное условие, согласно которому больше единицы будет также один из двух

Рисунок 3.1 - Параметры усилителя

других коэффициентов усиления (К_U или К_I) или все три коэффициента, что часто и имеет место на практике. При К_U < 1 и К_I < 1 устройство потеряло бы смысл как усилитель.

Коэффициенты усиления К_U, K_I, К_Р являются взаимосвязанными параметрами. Вместе с тем при расчете или выборе усилителя для конкретного случая применения предпочтение может отдаваться одному из указанных параметров. Это зависит от того, какой параметр сигнала на выходе усилителя (напряжение, ток или мощность) является определяющим. Наиболее часто им служит напряжение выходного сигнала. По этой причине в справочниках по усилителям, как правило, указывается параметр К_u.

Коэффициенты усиления К_U, K_I, K_P следует считать основными из большого числа параметров, характеризующих усилитель и зависящих от его назначения. Другие параметры рассматриваются далее по ходу изложения материала.

Все усилители можно подразделить на два класса - с линейным и нелинейным режимами работы.

К усилителям с линейным режимом работы (или усилителям мгновенных значений) предъявляется требование получения выходного сигнала, близкого по форме к входному. Искажения формы сигнала, вносимые усилителем, должны быть минимальными. Это достигается благодаря пропорциональной передаче усилителем мгновенных значений напряжения (тока), составляющих во времени входной сигнал. Коэффициенты усиления здесь рассчитывают по амплитудным или действующим значениям (в случае синусоидального сигнала) напряжения и тока.

Важнейшим показателем усилителей с линейным режимом работы является амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), отражающая зависимость модуля коэффициента усиления К_и, определенного для синусоидального входного сигнала, от частоты. В зависимости от вида АЧХ усилители с линейным режимом работы подразделяют (рисунок 3.2) на усилители медленно изменяющегося сигнала (усилители постоянного тока - УПТ), усилители звуковых частот (УЗЧ), усилители высокой частоты (УВЧ), широкополосные усилители (ШПУ) и узкополосные усилители (УПУ).

Рисунок 3.2 - Классификация усилителей

Характерная особенность УПТ - способность усиливать сигналы с нижней частотой, приближающейся к нулю (f_в → 0). Верхняя граница частоты f_в в УПТ может составлять в зависимости от назначения 10³…10⁸ Гц. УЗЧ характеризуется частотным диапазоном от десятков герц (f_н) до 15…20 кГц (f_в). УВЧ имеют полосу пропускания от десятков килогерц до десятков и сотен мегагерц. ШПУ имеют нижнюю границу частоты примерно такую же, как УЗЧ, и верхнюю - как УВЧ. На основе ШПУ выполняются линейные импульсные усилители. УПУ характеризуются пропусканием узкой полосы частот.

В усилителях с нелинейным режимом работы пропорциональность в передаче мгновенных значений входного сигнала отсутствует. После достижения некоторой величины напряжения входного сигнала при его увеличении сигнал на выходе усилителя остается без изменения (ограничивается на некотором уровне). Такие усилители нашли применение для преобразования входного сигнала, например, синусоидального, в импульсный сигнал (усилители-ограничители). Они используются также для усиления импульсов (нелинейные импульсные усилители).

В настоящее время усилительная техника базируется на линейных (аналоговых) интегральных микросхемах, что учитывается смысловой направленностью представленного материала.