2018-01-08
1588
Усилителем называется устройство, предназначенное для усиления мощности входного сигнала. Усиление происходит с помощью активных элементов - транзисторов операционных усилителей, за счет потребления энергии от источника питания. Такие усилители принято называть полупроводниковыми. В любом усилителе входной сигнал управляет передачей энергии источника питания в нагрузку.
Принцип действия усилительного каскада рассмотрим с помощью схемы, приведенной на рис. 1.
Основой усилителя являются два элемента: резистор R и управляемый активный элемент (АЭ) – транзистор, сопротивление которого изменяется под действием входного сигнала U вх. За счет изменения сопротивления АЭ изменяется ток, протекающий от источника питания с напряжением E п в цепи резистора R и АЭ. В результате будут меняться падение напряжения на резисторе, а следовательно, и выходное напряжение U вых.
Таким образом процесс усиления основан на преобразовании энергии источника питания E п в энергию выходного напряжения.
Рис. 2.1 Схема усилительного каскада.
По роду усиливаемой величины различают усилители напряжения, тока и мощности. Усилительные каскады подразделяют по соотношению величин Rвх и R r.
Если в усилителе Rвх>> R r, то он является усилителем напряжения.
В усилителе тока Rвх<< R r, т.е. имеет место токовый вход.
В усилителе мощности вход согласован с источником входного сигнала, т.е. Rвх= R r.
По соотношению между величинами Rвых и Rн усилители тока можно разделить на усилители напряжения (Rвых<< Rн), усилители тока с токовым выходом (Rвых>> Rн) и мощности, которые работают на согласованную нагрузку (Rвых= Rн).
Как правило, усилитель состоит из нескольких усилительных каскадов (рис.2.3). Первый каскад называется входным, а последний – выходным, или оконечным. Входной каскад осуществляет согласование усилителя с источником входного сигнала, поэтому усилитель напряжения должен иметь большое входное сопротивление. Кроме того, крайне желательно, чтобы входной каскад имел минимальный коэффициент шума.
Рис. 2.3 Структурная схема усилителя
Соединение каскадов между собой в многокаскадном усилителе может быть осуществлено различными способами. Один из широко распространенных способов для усилителей переменного тока или напряжения реализуется с помощью разделительных емкостей. Такой усилитель называется усилителем с емкостной связью. Схема каскада с такими связями приведена на рис. 2.4.
Рис. 2.4 Каскад с ёмкостными связями.
Для усилителей постоянного тока используется непосредственная (гальваническая) связь. Отметим, что непосредственная связь между каскадами широко представлена в интегральных схемах Одними из основных параметров усилителя является коэффициент усиления.
Различают три коэффициента усиления:
По напряжению
По току
По мощности
Для усилителей возможны различные значения коэффициентов, но принципиально то, что Kp всегда должен быть больше единицы. Общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов. Так, для Ku можно записать
К u = Ku 1 · Ku 2 … KuN.
Коэффициент усиления часто выражают в логарифмических единицах – децибелах (дБ):
Ku = 20 lg (Uвых/Uвх) = 20 lgKu.
