Структурная схема усилителя

Устройство, предназначенное для усиления мощности электрических сигналов, называется усилителем.

Т.к. мощность сигнала на выходе усилителя (по определению) больше, чем на входе, то по закону сохранения энергии усилитель должен включать в себя источник энергии. Таким источником энергии является источник питания.

Энергия источника питания в усилителе преобразуется в энергию усиленных колебаний под действием небольшой энергии источника сигнала, в качестве которого могут выступать: генератор, микрофон, фотоэлемент, выходной сигнал предыдущего каскада и т.д.

Потребителем энергии усиленного сигнала является нагрузка (например, акустическая система, электронно-лучевая трубка, входное сопротивление следующего каскада).

В качестве усилительного элемента может выступать транзистор, лампа, некоторые виды диодов и т.д.

Таким образом, структурная схема усилителя имеет вид:

Источник сигнала

Усилительный элемент

Нагрузка

P_ВХ P_ВЫХ

Источник питания

Р_ВЫХ>P_ВХ

Усиление – это нелинейное преобразование, при котором энергия источника питания преобразуется в энергию усиленных колебаний, закон изменения которых определяется законом изменения входного сигнала.

Классификация усилителей

1. По форме усиливаемых сигналов усилители делятся на:

· аналоговые усилители (усиливают непрерывные во времени сигналы);

· импульсные усилители (усиливают импульсные сигналы).

2. По диапазону усиливаемых частот:

· усилители постоянного тока (УПТ) – усиливают постоянный и медленно меняющийся во времени ток;

· усилители переменного тока (усиливают переменный ток).

В свою очередь усилители переменного тока подразделяются по полосе усиливаемых частот на:

а) широкополосные усилители (ШПУ);

б) узкополосные (резонансные) усилители.

По диапазону усиливаемых частот усилители переменного тока делятся на:

а) НЧ усилители;

б) СЧ усилители;

в) ВЧ усилители;

г) СВЧ усилители.

3. По уровню выходной мощности усилители делятся на:

· усилители малой мощности;

· усилители мощности.

4. В зависимости от нагрузки усилители бывают:

· резистивные;

· трансформаторные;

· резонансные.

5. В зависимости от межкаскадных связей:

· RC-усилители;

· с трансформаторной связью;

· с непосредственной связью (выход одного каскада непосредственно связан со входом другого).

6. По типу усилительного элемента:

· транзисторные усилители;

· ламповые;

· параметрические;

· магнитные;

· квантовые и т.д.

Показатели качества усилителя

Основными показателями качества усилителя являются:

1. Входные и выходные параметры

2. Коэффициенты усиления

3. Линейные искажения

4. Нелинейные искажения

5. Динамический диапазон

6. Уровень собственных шумов

Входные и выходные параметры

К входным параметрам усилителя относятся:

· ЭДС источника сигнала;

· внутреннее сопротивление источника сигнала;

· входной ток;

· входное напряжение;

· входная мощность;

· входное сопротивление.

К выходным параметрам усилителя относятся:

· выходной ток;

· выходное напряжение;

· выходная мощность;

· выходное сопротивление;

· сопротивление нагрузки.

Входное сопротивление идеального усилителя равно бесконечности.

При этом весь входной сигнал от источника сигнала поступает на вход усилителя (нет потерь на внутреннем сопротивлении источника сигнала).

Выходное сопротивление идеального усилителя равно нулю.

При этом весь выходной сигнал отдается усилителем в нагрузку (нет потерь на выходном сопротивлении усилителя).

Если выполняется условие: , то говорят: «Усилитель работает в режиме согласования».

Коэффициенты усиления

Коэффициенты усиления показывают, во сколько раз сигнал на выходе усилителя больше сигнала на входе.

Существуют 3 вида коэффициентов усиления.

1. Коэффициент усиления по мощности: [раз]

2. Коэффициент усиления по току: [раз]

3. Коэффициент усиления по напряжению: [раз]

Линейные искажения

Линейные искажения возникают за счет наличия в схеме частотно-зависимых линейных элементов – индуктивностей и емкостей ( ; ).

Введем понятие «амплитудно-частотная характеристика» (АЧХ).