Классификация аналоговых электронных устройств

К аналоговым электронным устройствам относятся усилители и устройства на их основе. Усилители классифицируются по следующим признакам.

По характеру усиливаемых сигналов усилители бывают – гармонических колебаний и импульсных сигналов.

По диапазону частот – усилители постоянного и усилители переменного тока. Усилители постоянного тока усиливают как постоянную, так и переменную составляющие входного сигнала, усилители переменного тока усиливают переменную составляющую от нижней граничной частоты f_н до верхней граничной частоты f_в. Диапазон усиливаемых частот называют полосой пропускания. За пределами полосы пропускания усиление падает. В зависимости от полосы пропускания усилители переменного тока бывают: усилители низкой частоты (УНЧ), усилители высокой частоты (УВЧ). Усилители низкой и высокой частоты предназначены для усиления переменных сигналов, их полоса пропускания лежит в пределах от десятков Гц до десятков кГц. Особенностью усилителей низкой частоты является большое отношение – десятки, десятки тысяч раз. Усилители высокой частоты усиливают сигналы в узкой полосе частот. Они характеризуются небольшой величиной отношения верхней частоты к нижней . Узкая полоса пропускания обеспечивается применением в качестве нагрузки активного элемента колебательного контура. В связи с этим УВЧ иногда называют резонансными или полосовыми.

Усилители переменного сигнала, предназначенные для усиления сигналов в устройствах связи, телевизионной технике, радиолокационной аппаратуре, имеющие очень широкую полосу пропускания, называют широкополосными. Если усиливаемый сигнал регистрируется визуально, т.е. воспроизводится на экране электронно-лучевой трубки, то широкополосные усилители называют видеоусилителями. У широкополосных усилителей полоса пропускания лежит в полосе от нескольких кГц и ниже до нескольких МГц и выше.

По типу используемых активных элементов усилители бывают на биполярных и полевых транзисторах, на интегральных микросхемах и др.

По конструктивным признакам усилители бывают: на дискретных элементах, на интегральных микросхемах, комбинированные.

По способу соединения (связи) каскадов усилители бывают: усилители с гальванической связью, усилители с резистивно-емкостной связью; усилители с трансформаторной связью.

Непосредственная или гальваническая связь используется в усилителях постоянного тока, где вход последующего каскада соединяют с выходу предыдущего каскада непосредственно или с помощью резисторов. В усилителях переменного сигнала для связи каскадов используют конденсаторы, резисторы и трансформаторы. В усилителях мощности для связи каскадов между собой и с нагрузкой иногда используют трансформаторы. Конденсаторы и трансформаторы в усилителях переменного сигнала, служат для разделения переменной составляющей напряжения и постоянной составляющей.

По способу включения активного усилительного элемента различают три основных типа усилительных каскадов:

– с общим эмиттером (общим истоком);

– с общим коллектором (общим стоком);

– с общей базой (общим затвором).

Характерной особенностью каждого из них является то, что один электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей, и он определяет тип усилительного каскада.

В зависимости от схемы включения усилительного элемента усилительный каскад обладает различными свойствами. Широкое применение имеют схемы с ОЭ, общим истоком. Они обеспечивают наибольшее усиление по мощности, но изменяют фазу входного сигнала на 180°. Эти схемы являются инвертирующими. Схемы с общим коллектором, общим стоком (эмиттерный и истоковый повторители) не изменяют фазу входного сигнала и являются неинвертирующими схемами. Схемы с ОК и ОС имеют высокое входное и малое выходное сопротивления, поэтому используются в качестве буферных каскадов. Данные схемы усилителей обладают широкой полосой пропускания, а коэффициент усиления по напряжению меньше единицы. Схемы с общей базой и общим затвором являются неинвертирующими схемами и обладают низким входным сопротивлением.

По назначению усилители делятся на усилители напряжения, тока, мощности.

Усилитель напряжения обеспечивает на нагрузочном сопротивлении заданное выходное напряжение. При анализе необходимо учитывать соотношение между сопротивлением нагрузки и выходным сопротивлением усилителя. Если сопротивление нагрузки на два порядка и более превышает выходное сопротивление усилителя , то усилитель является источником напряжения. При этом входное сопротивление должно быть значительно больше (более чем на два порядка) внутреннего сопротивления источника сигнала . Тогда для эквивалентной схемы усилителя (рис. 10.2,а)

.

Входная цепь практически не потребляет тока, т.е. работает в режиме холостого хода по входу. Усилитель в данном случае управляется напряжением. Усилитель на рис. 10.2,а является источником напряжения, управляемым напряжением (ИНУН), и предназначен для усиления входного напряжения с определенным коэффициентом усиления К_U. На рис. 10.2,б представлена эквивалентная схема усилителя, у которого , а , т.е. в выходной цепи действует источник тока. Такой усилитель представляет собой источник тока, управляемый напряжением (ИТУН).

Усилитель тока, эквивалентная схема которого представлена на рис. 10.3,а,б, характеризуется тем, что входное сопротивление усилителя значительно меньше внутреннего сопротивления источника сигнала и .Считается, что усилитель управляется током и значение входного тока определяется

.

Источник сигнала работает в режиме короткого замыкания, и усилитель (рис. 10.3,а) является источником тока, управляемым током (ИТУТ). Усилитель, эквивалентная схема которого представлена на рис. 10.3, б. имеет источник тока во входной цепи и источник напряжения в выходной цепи . Он представляет собой источник напряжения, управляемый током (ИНУТ).

Для усилителя мощности необходимо выполнение условия согласования входной цепи с источником сигнала и выходной цепи с сопротивлением нагрузки для передачи максимальной мощности.