Классификация электронных усилителей

Свойства усилителя должны соотноситься со свойствами усиливаемого сигнала, более того, определяться свойствами усиливаемого сигнала [3].

Усиливаемый электрический сигнал (далее используем обозначение ЭДС e_1И) характеризуется сложной функцией от времени (формой) и спектром частот с граничными частотами f_max и f_min. В случае периодической функции e_1И(t) спектр будет дискретным, в случае непериодической – сплошным.

Чтобы усиливать сигнал без искажений, усилитель должен, во-первых, иметь динамический диапазон, соответствующий динамическому диапазону сигнала, т. е. обладать способностью усиливать сигналы разной величины, и, во-вторых, иметь соответствующую полосу пропускания частот (f_В –f_Н), не меньшую ширины спектра сигнала (f_max – f_min), т. е. (f_В – f_Н) (f_max – f_min), где f_В и f_Н – соответственно верхняя и нижняя рабочие частоты (граничные частоты) усилителя, которые должны удовлетворять условиям: f_В f_max и f_Н f_min.

При этом за среднюю частоту полосы пропускания усилителя принимают частоту f₀ = или частоту f = 1000 Гц, если она входит в полосу пропускания усилителя.

Усилители классифицируют прежде всего по свойствам усиливаемого электрического сигнала – его форме и спектру частот.

По форме электрические сигналы принято подразделять на гармонические и импульсные.

К гармоническим сигналам относят непрерывные периодические и квазипериодические сигналы различной формы и величины. Простейшим гармоническим сигналом является сигнал, содержащий одну гармоническую составляющую, т. е. изменяющийся по синусоидальному или косинусоидальному закону.

Усилители, предназначенные для усиления таких сигналов, называют усилителями гармонических сигналов. Примером гармонических усилителей являются усилители звуковых частот (у них f_Н = 20 Гц и f_В = 20 кГц), широко применяемые как в качестве важнейших функциональных узлов таких сложных устройств, как радиопередающие и радиоприемные устройства, так и в качестве самостоятельных или выделенных устройств (например, усилители всевозможной аудиоаппаратуры, усилители оконечных станций радиотрансляционных узлов и т. д.). Оценку свойств гармонических усилителей проводят по амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной характеристикам (ФЧХ).

К гармоническим сигналам относят и радиосигналы, модулированные сигналами звуковой частоты, излучаемые радиопередающей антенной и принимаемые радиоприемной антенной. Следовательно, усилители радиочастоты (УРЧ) в радиопередающем и радиоприемном устройствах и усилители промежуточной частоты в радиоприемном устройстве в этом случае тоже относятся к гармоническим усилителям.

Импульсными сигналами называют сигналы, имеющие форму прямоугольных, трапецеидальных, треугольных и иных импульсов различной длительности, как одиночных, так и повторяющихся, как однополярных, так и двуполярных. Принято считать, что типичным примером импульсного сигнала является ступенчатый (единичный) сигнал и одиночные или повторяющиеся прямоугольные импульсы различной длительности. Если импульсы периодически следуют друг за другом, то их характеризуют частотой (периодом) повторения. В этом случае отношение длительности периода повторения к длительности импульса называют скважностью импульса, а обратную величину – коэффициентом заполнения.

К импульсным сигналам относят видеосигналы (состоящие из сигналов изображения, синхронизирующих, гасящих и других импульсов), сигналы импульсных систем связи, телеграфные и фототелеграфные сигналы, цифровые сигналы и т. д.

Усилители импульсных сигналов называют импульсными усилителями. Спектр частот импульсных сигналов в зависимости от диапазона их длительности может быть очень широким.

Для импульсных сигналов смещение во времени отдельных гармонических составляющих спектра частот из-за переходных процессов в цепях усилителя, вызываемых влиянием реактивных элементов схемы, приводит к нежелательным искажениям формы импульсов и, как следствие, к ухудшению качества работы устройств и систем, в состав которых входит импульсный усилитель. В телевидении это искажения изображения на экране монитора, к которым очень восприимчивы органы зрения.

Оценку свойств импульсных усилителей проводят по переходной характеристике (ПХ).

По протяженности занимаемого спектра и абсолютным значениям частот электрические сигналы подразделяют на два вида. К электрическим сигналам первого вида относят сигналы с широким спектром частот, характеризующимся большим отношением граничных частот спектра f_max/f_min >> 1. Это могут быть и гармонические и импульсные сигналы.

К сигналам второго вида относят узкополосные сигналы, для которых отношение f_max/f_min ≤ 1,1. Типичным примером таких сигналов являются модулированные радиочастотные сигналы, составляющие спектра которых сосредоточены около несущей частоты.

Усилители сигналов первого вида называют апериодическими. Они получили наибольшее распространение. Среди них выделяют усилители переменного тока и усилители постоянного тока (УПТ). Усилители переменного тока усиливают только переменные составляющие в спектре сигнала, т. е. сигналы в полосе частот от f_Н > 0 до f_В. Усилители постоянного тока усиливают не только переменные, но и постоянную составляющую в спектре сигнала, т. е. усиливают сигналы в полосе частот от f_Н = 0 до f_В.

К апериодическим усилителям переменного тока относят усилители звуковой частоты, видеоусилители, усилители фототелеграфных сигналов, усилители импульсных систем связи, апериодические усилители радиочастоты, усилители распределенного усиления и т. д.

К апериодическим усилителям постоянного тока относят широко распространенные операционные усилители (ОУ), которые ввиду присущей им универсальности применения считаются основой элементной базы современной электроники.