Классификация и основные характеристики усилителей
Классификацию усилителей проводят по различным признакам:
· по виду усиливаемых частот – усилители постоянного тока (УПТ), низкой частоты (НЧ), радио и промежуточной частот (УРЧ, УПЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ - усилители);
· по ширине полос усиливаемых частот - узкополосные, широкополосные усилители;
· по характеру усиливаемого сигнала – усилители непрерывных и импульсных сигналов;
· по усиливаемой электрической величине – усилители напряжения U, усилители тока I, усилители мощности P;
· по типу нагрузки - резистивные (апериодические), резонансные (избирательные) усилители;
· по виду усилительного элемента – усилители ламповые, транзисторные, на туннельных диодах, параметрических диодах, на микросхемах и т.п.
Коэффициентом преобразования или коэффициентом передачи называют отношение выходной величины, характеризующей уровень сигнала, к входной. В частном случае, значения входной и выходной величин, характеризующих уровень сигнала, являются однородными, коэффициентом передачи называют коэффициентом усиления. Размерность и общепринятые обозначения коэффициента усиления зависят от значений и величин входного и выходного сигналов, в качестве таких величин могут быть использованы напряжение, сила тока и мощность. Им соответствуют коэффициенты:
. . .
KU , KI , KP
где UВЫХ - выходное напряжение, UВХ - входное напряжение, IВЫХ – выходной ток, IВХ – входной ток.
Из-за наличия в схемах усилителя реактивных элементов (индуктивности и емкости) коэффициенты усиления по току и напряжению являются комплексными и зависят от частоты f.
Коэффициент усиления по мощности KР показывает, во сколько раз активная мощность Pакт.вых , отдаваемая усилителем в нагрузку, больше активной мощности Pакт.вх , подводимой по входным зажимам.
где Pвых - выходная мощность, Pвх - мощность на входе.
Kp выражается в логарифмических единицах:
KР [дб] =10 lg KР
В усилителях на полевых транзисторах имеет смысл только KU , так как входной ток очень мал. В биполярных транзисторах определяют обычно KU , KI , KP , однако, наиболее часто используется KU. Поэтому обычно U опускают и пишут K.
Усиление сигнала обычно сопровождается изменением формы сигнала. Поэтому любой усилитель характеризуется не только коэффициентом усиления Кус, но и мерой искажения выходного сигнала, по сравнению со входным.
Искажения делятся на линейные и нелинейные искажения.
Линейные искажения усилителей оцениваются с помощью амплитудно-частотной (АЧХ), фазочастотной и переходной характеристик.
Характеристики преобразования показывают, как преобразуется входной сигнал в зависимости от параметров усилителя.
Поскольку коэффициент усиления по напряжению (току) в общем случае является комплексной величиной, то он может быть представлен в виде:
K (jw) = ½ K (w)½ ejj(w),
где ½ K(w)½ - модуль коэффициента усиления, j(w) – аргумент коэффициента усиления.
Амплитудно – частотная характеристика усилителя — это зависимость модуля коэффициента усиления от частоты входного сигнала, то есть зависимость ½ K½=f(w). Пример АЧХ представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 – АЧХ усилителя
Иногда АЧХ называют зависимость Uмвых=f(w) при UВХ=const. При анализе усилителя часто пользуются нормированной характеристикой:
