Компьютерная электроника Лекция 20. Усилители

Усилители Усилителем называется устройство, с помощью которого путем затрат небольшого количества энергии можно управлять энергией значительно большей. Классификация усилителей По роду усиливаемых сигналов: - усилители гармонических сигналов; - усилители импульсных сигналов. По характеру изменения усиливаемого сигнала во времени: - усилители постоянного тока; - усилители переменного тока: а) усилители низкой частоты; б) усилители высокой частоты; в) широкополосные; г) избирательные; д) универсальные многофункциональные и пр.

Классификация усилителей В зависимости от характера нагрузки и назначения: - усилители напряжения; -усилители мощности; - усилители тока. В зависимости от типа использованных в усилителе активных элементов: - ламповые; - полупроводниковые; - магнитные; - оптоэлектронные; - диэлектрические и др.

Обобщенная структура усилителя

Основные параметры усилителей 1 Коэффициент преобразования (передачи) - это отношение выходного сигнала к входному. В частном случае, когда входное и выходное значения сигнала являются однородными, коэффициент преобразования называют коэффициентом усиления Коэффициент усиления рассчитывают по соотношению: К U = U вых /U вх. Коэффициент усиления при каскадном соединении: К = К 1 *К 2 *…*К n.

Основные параметры усилителей 2 Входное сопротивление - отношение приращения входного напряжения к приращению входного тока: R вх = U вх / I вх. Для усилителей обычно можно применять соотношение: R вх = U вх /I вх. 3 Выходное сопротивление. отношение приращения выходного напряжения к вызвавшему его приращению входного тока R вых = U вых / I вых. Для усилителей обычно можно применять соотношение, полученное из системы двух уравнений, описывающих по эквивалентной схеме усилителя выходные напряжения для двух различных сопротивлений нагрузки.

Основные параметры усилителей В частном случае выходное сопротивление можно определить по формуле: R вых = U вых.хх /I вых.кз. где U вых.хх - выходное напряжение при холостом ходе на выходе; I вых.кз. - ток при коротком замыкании на выходе.

Основные параметры усилителей 4 Амплитудная характеристика – зависимость амплитудного значения напряжения первой гармоники выходного сигнала от амплитуды синусоидального входного напряжения.

Основные параметры усилителей 5 Динамический диапазон - отношение наибольшего допустимого значения входного напряжения к его наименьшему допустимому значению: D = U вх max / U вх min. Часто динамический диапазон выражают в децибелах: D (дб) = 20*lg (U вх max / U вх min ). 6 Номинальная выходная мощность - это наибольшая выходная мощность, при которой искажения сигнала не превышает допустимого значения. 7 КПД усилителя, который определяют как отношение полезной мощности к затраченной. 8 Амплитудно-частотная характеристика усилителя – это зависимость модуля коэффициента усиления от частоты входного сигнала.

Основные параметры усилителей

9 Коэффициент частотных искажений для низких и высоких частот: М н = К 0 / К н ; М в = К 0 / К в ; где К 0, К н, К в – коэффициенты усиления на средней, низкой и высокой частотах соответственно. Для определенности К 0 обычно определяют на частоте f 0 = (f н *f в ) 1/2. 10 Рабочий диапазон частот (полоса пропускания) – полоса частот от низшей рабочей частоты f н до высшей рабочей частоты f в, в пределах которой коэффициент преобразования или коэффициент усиления не выходит за пределы заданных допусков.

Основные параметры усилителей 11 Фазо-частотная характеристика – зависимость угла сдвига фазы между входным и выходным напряжениями от частоты. 12 Переходная характеристика – зависимость от времени выходного напряжения усилителя, на вход которого подан мгновенный скачок напряжения. 13 Фазовые искажения появляются вследствие отклонения фазо-частотной характеристики реального усилителя от идеальной. Они вызваны неодинаковым сдвигом по фазе отдельных гармонических составляющих спектра сигнала сложной формы, что обусловлено наличием в цепях усилителя реактивных компонентов и инерционными свойствами активных приборов. Доказано, что идеальной фазовой характеристикой является прямая, проходящая под любым углом к оси частот.

Основные параметры усилителей 13 Нелинейные искажения обусловлены нелинейностями амплитудной характеристики усилителя. Количественно их оценивают коэффициентом нелинейных искажений К ни или коэффициентом гармоник К г. К ни = [(Р 2 + Р 3 + Р 4 +… Р n )/(Р 1 + Р 2 + Р 3 +… Р n )] 1/2 ; К Г = [(Р 2 + Р 3 + Р 4 +… Р n )/Р 1 ] 1/2 ; где Р n – мощность n-й гармонической составляющей выходного сигнала. На практике коэффициент нелинейных искажений применяется чаще из-за простоты реализации его измерителя.