Лекция №5
Усилители
Усилители предназначены для усиления электрических сигналов
(напряжений, токов, зарядов)
Обозначения:
Рис.5.1 Обозначения усилителей
Краткая классификация.
В зависимости от назначения и типа обрабатываемого сигнала усилители
делятся:
1) Усилители постоянного тока (УПТ) или напряжения; I=, (U=).
Усиливают в полосе частот от 0 до Fв.
Недостаток: дрейф нуля на выходе (изменение выходного U при отсутствии входного сигнала под воздействием различных факторов).
Разновидность - дифференциальный УПТ.
Имеет два входа, реагирует на разность входных сигналов. На базе дифференциальных УПТ построены операционные усилители.
2) Усилители низкой частоты (УНЧ).
Для усиления сигналов переменного тока или напряжения I~, (U~) в диапазоне частот от Fн÷Fв (Fн>0, Fв≈до100-200 кГц)
3) Широкополосные усилители.
Работают с переменным и постоянным токами.
Усиливают в диапазоне Fв≈1-1000 мГц.
Требование: постоянство коэффициента усиления в этом диапазоне частот.
4) Частотно-избирательный усилитель (усилитель высокой частоты, УВЧ).
усиливают в диапазоне частот Fн÷Fв=∆F,
– центральная рабочая частота.
5) Усилители мощности.
Обладают небольшим коэффициентом передачи по U и большим по I (и Р).
- линейные;
- двухтактные (с высоким КПД)
6) Усилители высокой чувствительности.
Обладают большим коэффициентом усиления, предназначены для усиления слабых сигналов, сказываются шумы.
7) Прочие
Логарифмические усилители, усилители заряда…
Основные внешние характеристики усилителя.
1. Коэффициент усиления по U.
(5.1)
KU – амплитудно-частотная характеристика;
φ(ω) – фазочастотная характеристика.
2. Коэффициент усиления по I.
(5.2)
3. Коэффициент усиления по Р.
(5.3)
(5.4)
(5.5)
4. Переходная характеристика.
Реакция усилителя на входное воздействие (U) в виде единичного скачка
Рис.5.2 переходная характеристика
5. Ширина полосы пропускания.
Рис.5.3 АЧХ усилителей (УПТ, УНЧ, УВЧ)
6. Нелинейные искажения (характеризуют качество усилителя).
Вызваны наличием нелинейных элементов, обогащающих спектр выходного сигнала
(5.6)
7. Помехи на выходе.
- фон переменного тоеа;
- собственные шумы (усилителя или источника сигнала).
Характеризуется коэффициентом шума усиления (отношение шума на выходе к сигнал-шум на входе)
Nш = hвых / hвх, h = Pc/Pш (5.7)
Pш=4kTDFRe[z] ф-ла Найквиста (5.8)
8. Чувствительность усилителя.
Пороговая и реальная;
Пороговая чувствительность –это такой уровень входного сигнала (Uп или Рп) при котором на выходе отношение сигнал-шум равно 1.
Реальная чувствительность - субъективная характеристика, связана с пороговой через коэффициент различимости q >1 (субъективный).
Uр=qUп
9. Входное и выходное сопротивление усилителя.
Рис.5.4 Эквивалентная схема усилителя
, (5.9)
При Rг<<Rвх Uвх =UГ
, (5.10)
При Rвых<<Rн Uвых =Uхх (5.11)
Основные схемы включения транзисторов в усилителях
Рис.5.5 схемы включения транзисторов в усилителях
