Усилитель (У) - устройство, построенное на активных элементах и предназначенное для увеличения мощности подводимого сигнала за счет энергии источника постоянного тока. Простейший усилитель состоит из усилительного элемента (электронной лампы, транзистора), набора пассивных элементов (резисторы, емкости, индуктивности) и источника электрической энергии, которые образуют усилительный каскад. Он имеет входную цепь, к которой подводится усиливаемый сигнал, и выходную цепь для получения выходного сигнала. Условное обозначение усилителя показано на рисунке 5.2.
Iвх Iвых
Uвх Uвых
Рис.5.2
Основные характеристики усилителей:
- коэффициент усиления - по току Кi = Iвых\Iвх, по напряжению Кu = Uвых\Uвх, по мощности Кp = Pвых\Рвх =Ki· Ku. Для получения большого коэффициента усиления используют последовательное (каскадное) включение нескольких усилителей. В этом случае общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных усилителей;
|
|
- входное сопротивление, выходное cопротивление;
- диапазон усиливаемых частот.
Выбор различных значений коэффициентов усиления по току, напряжению или мощности производится исходя из характеристик устройства, подключаемого к выходу транзистора (например, для динамика основное значение имеет ток, проходящий через обмотку электромагнита, следовательно, необходимо использовать схему с большим коэффициентом усиления по току).
Выбор входных и выходных сопротивлений усилителя определяется значениями сопротивлений элементов, подключаемых на вход и выход усилителя (как известно, максимальная передача энергии от источника сигнала к нагрузке обеспечивается при равенстве их сопротивлений). Диапазон частот определяется спектром сигнала, подлежащего усилению.
В зависимости от полосы усиливаемых частот У разделяются на:
- усилители звуковых (низких) частот - УЗЧ. Используются, например, для усиления частот звукового диапазона;
- усилители радиочастот (высоких частот) - УРЧ. Используются, например, в радиоприемных устройствах для усиления сигналов, принимаемых от радиопередатчиков.
- широкополосные усилители - ШПУ. Используются для усиления сигналов, занимающих большую полосу частот, например, телевизионных сигналов, видеосигналов;
- усилители постоянного тока - УПТ. Используются для усиления сигналов, частотный состав которых начинается с "нулевой" частоты.
В зависимости от элементной базы усилители делятся на:
- ламповые усилители,
- транзисторные усилители,
- диодные усилители (на некоторых типах диодов, например диодах Ганна),
|
|
- операционные усилители (на интегральных микросхемах).
В настоящее время преимущественное применение получили операционные усилители из-за большого коэффициента усиления, малых размеров и небольшой потребляемой энергии. Однако они не способны усиливать большие мощности. В этих случаях используют ламповые или транзисторные усилители. Последние вытесняют ламповые усилители, так как являются более экономичными (напряжение питания транзисторных усилителей в несколько раз меньше, чем ламповых), способны выдерживать большие мощности и имеют небольшие размеры. В диапазоне СВЧ используются специальные усилительные приборы (клистроны, магнетроны, диоды Ганна и пр.).
Качество усилителей характеризуется точностью воспроизведения формы сигнала, т.е. соответствия входного и выходного сигналов. Идеальные усилители не искажают формы сигнала, в реальных усилителях форма сигнала из-за неидеальности элементов искажается. Степень искажений характеризуется коэффициентом нелинейных искажений, который в зависимости от схемного построения усилителей составляет от единиц до сотых долей процента.