Вопрос №2. Типы усилителей электрических сигналов и их классификация

Типы усилителей электрических сигналов и их классификация

В современной технике часто встречается необходимость увеличения мощности слабых электрических колебаний. Процесс увеличения мощности электрических колебаний принято называть усилением, а устройства, в которых происходит этот процесс − усилителями электрических колебаний (усилителями).

Определение. Усилителем электрических сигналов называется электрическая цепь, включающая один или несколько усилительных элементов, в которой энергия выходных сигналов превосходит энергию входных сигналов.

Усилительным элементом (УЭ) усилителя называется управляемый элемент (элемент электрической цепи, параметры которого могут меняться в зависимости от величины действующего на него тока или напряжения), предназначенный для преобразования энергии, получаемой от источника электропитания, в энергию усиливаемых сигналов, подаваемых на вход этого элемента.

Другими словами, в усилителе с помощью УЭ (лампы, транзистора) происходит преобразование большой энергии источника по закону малого входного сигнала.

Усилители нашли широкое применение во всех областях науки и техники, в том числе и в средствах радиосвязи. Во всех радиоприемных, радиопередающих устройствах, радиостанциях, устройствах обработки информации имеются усилители различных типов, назначения и конструкции. Согласно ГОСТу по радиосвязи их называют электронными усилителями.

Определение. Электронный усилитель – это усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках.

Усилители электрических сигналов могут классифицироваться по следующим основным признакам.

1. По назначению:

− усилители напряжения,

− усилители тока,

− усилители мощности.

Усилитель напряжения обеспечивает на нагрузочном сопротивлении заданное выходное напряжение при малых значениях тока и мощности. В режиме усиления напряжения усилитель работает тогда, когда его входное сопротивление R_ВХ во много раз превышает сопротивление источника сигнала R_ИС (R_ВХ>>R_ИС ), а сопротивление нагрузки R_Н намного больше выходного сопротивления УЭ R_ВЫХ (R_Н>>R_ВЫХ).

Усилитель тока обеспечивает заданную величину тока в нагрузке R_Н при малых значениях напряжения и мощности. В режиме усиления тока усилитель работает тогда, когда его входное сопротивление R_ВХ значительно меньше сопротивления источника сигнала R_ИС (R_ВХ << R_ИС), а нагрузочное сопротивление R_Н много меньше выходного сопротивления УЭ R_ВЫХ (R_Н<< R_ВЫХ ).

Усилитель мощности обеспечивает при определенной внешней нагрузке усиление мощности электрических колебаний до заданного значения. В режиме усиления мощности усилитель работает тогда, когда входное и выходное сопротивления УЭ имеют величины такого же порядка, как и сопротивления R_ИС, R_Н, то есть R_ИС R_ВХ, R_ВЫХ R_Н .

2. По виду нагрузки:

− апериодические усилители (нагрузка усилителя не имеет ярко выраженных резонансных свойств);

− избирательные усилители (нагрузка усилителя – избирательная система). К избирательным усилителям относятся резонансные и полосовые усилители.

3. По роду усиливаемых сигналов (для апериодических усилителей):

− усилители гармонических сигналов,

− усилители импульсных скачков.

4. По типу использованных в усилителе УЭ:

− ламповые,

− полупроводниковые,

− магнитные,

− оптоэлектронные,

− диэлектрические,

− квантовые и др.

5. По способу включения усилительного элемента:

− с общим катодом (с общим эмиттером, с общим истоком);

− с общей сеткой (с общей базой, общим затвором);

− с общим анодом (с общим коллектором, с общим стоком).

Здесь приведены схемы включения ламп, биполярных и полевых транзисторов.

6. По виду избирательной системы (для избирательных усилителей):

− с одним избирательным контуром;

− с двумя колебательными контурами;

− с полосовыми фильтрами (с многозвенными LC-фильтрами, с кварцевыми фильтрами, с электро-механическими фильтрами и др.).

7. По способу перестройки (для избирательных усилителей):

− перестраиваемые усилители,

− не перестраиваемые усилители.

8. По относительной ширине полосы пропускания (для избирательных усилителей):

− узкополосные усилители, если f_П /f _С < 1;

− широкополосные усилители, если f_П /f _С 1 (f_П − полоса пропускания, f_С − текущая частота сигнала).

9. По ширине спектра усиливаемых сигналов (для апериодических усилителей):

− узкополосные усилители, если f_В /f_Н 1,01 ÷ 1,1 (f_В и f_Н − верхняя и нижняя частоты спектра усиливаемого сигнала);

− широкополосные усилители, если f_В /f_Н > 1,1.

Вывод по 2-му вопросу. В дальнейшем (на следующих лекциях) будут рассматриваться основные типы усилителей – апериодические, избирательные, а также усилители постоянного тока.