Основные характеристики и параметры усилителей.

Важнейшими характеристиками усилителя являются: коэффициент усиления, полоса пропускания, входное и выходное сопротивление, степень искажения усиленного сигнала и др.

Коэффициент усиления – отношение установившихся значений выходного и входного сигналов усилителя. В зависимости от типа усиливаемой величины различают коэффициенты усиления по напряжению, по току, по мощности.

Полоса пропускания усилителя – диапазон рабочих частот, в пределах которого коэффициент усиления не снижается ниже значения от своего максимального значения .

Зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала называется амплитудно – частотной характеристикой (АЧХ) усилителя. Пример АЧХ показан на рис. 2. Полоса пропускания определяется выражением

Для удобства взаимного сопоставления АЧХ усилителей с различными значениями их обычно нормируют, представляя выходной параметр в виде относительной величины, т.е.

В зависимости от области расположения полосы пропускания на оси частот (рис.3) различают низкочастотные (рис.3,а) высокочастотные (рис.3,б) и полосовые (рис.3,в) усилители.

Входное сопротивление усилителя - это отношение входного напряжения к входному току при фиксированном значении сопротивления нагрузочного устройства

Выходное сопротивление усилителя для большинства практических случаев определяется выражением

где - напряжение холостого хода на выходе усилителя

- ток короткого замыкания

Выходная мощность усилителя – это та часть мощности, которая может быть выделена в нагрузке

Искажение сигналов в усилителе связано, во – первых, с нелинейной зависимостью выходного сигнала от входного, обусловленной нелинейностью статических ВАХ применяемых транзисторов, во – вторых, с частотной зависимостью амплитуды и фазы усиливаемого сигнала. Поэтому при анализе работы усилителей рассматривают два вида искажений выходного сигнала по отношению к входному: статистические (нелинейные) и динамические (амплитудные и фазовые), в результате которых изменяется как форма, так и частотный спектр усиливаемого сигнала. Для количественной оценки искажений усилителя служит коэффициент нелинейных искажений , в основу расчёта которого положена оценка относительной величины высших гармоник к основной в выходном сигнале, т. е.

где - действующие значения всех высших гармоник выходного сигнала; - действующее значение первой (основной) гармоники выходного сигнала.

Типовые функциональные каскады и схемы полупроводниковых усилителей

Для получения высоких значений коэффициентов усиления необходимо каскадное включение нескольких усилителей, обеспечивающие последовательное усиление сигнала до требуемого значения. Каскадную схему усилителя можно представить в виде трёх функционально отличных каскадов усиления (рис 4): предварительного усилителя , промежуточного усилителя и выходного усилителя (ВУ).

Предварительный усилитель обеспечивает непосредственную связь источника сигнала и усилительного устройства. Поэтому важнейшее требование, которому он должен удовлетворять, - максимальное усиление входного сигнала при минимальном его искажении. Для этого ПрУ должен обладать большим входным сопротивлением. Значение этого сопротивления должно быть существенно больше значения сопротивления источника сигнала, т.к. в этом случае относительные изменения входного напряжения будут значительны при абсолютно малых изменениях тока во входной цепи.

Промежуточный усилитель выполняет роль буферного каскада между предварительным и выходным каскадами. Основная его задача – согласование выхода ПрУ с входом ВУ.

Выходной усилитель предназначен для получения на выходе усилительного устройства мощности, обеспечивающей работоспособность нагрузочного устройства, выполняющего определенные функции. Поэтому основным параметром ВУ является высокий к.п.д.

Однако следует заметить, что наличие трех различных функциональных каскадов – предварительного, промежуточного и выходного – не является обязательным.

В соответствии с тремя способами включения активных элементов в электрические цепи различают три вида усилительных схем:

· с общим эмиттером (истоком);

· с общим коллектором (стоком);

· с общей базой (затвором).

В качестве базового узла предварительных усилителей наиболее широко применяется усилительный каскад на БТ, включенный на схеме с общим эмиттером. Простейшая схема такого каскада приведена на рисунке 5.

Изменение способа включения активного элемента приводит к изменению величин его параметров. Это позволяет конструировать усилительные каскады с различными величинами полосы пропускания, коэффициентов усиления, входных и выходных сопротивлений. Кроме того, изменение вида схемы позволяет при одном и том же входном сигнале получить различную фазу (полярность) сигналов на выходе усилителя.

По виду нагрузки различают усилители с активной, активно – индуктивной и ёмкостной нагрузкой. На практике используются также резонансные усилители, нагрузкой в которых является параллельный колебательный контур.