Тема 8.3. Электронные усилители.

Вопросы:

1. Принцип работы усилителя.

2. Классификация усилителей.

3. Основные технические характеристики усилителей.

В различных электронных устройствах часто возникает необходимость в усилении электрических сигналов (напряжения, тока или мощности). Для решения этой задачи используют электронные усилители.

1. Принцип работы усилителя.

Входное напряжение, которое нужно усилить , подаётся от источника колебаний ИК на участок база-эмиттер. На базу подано так же напряжение от источника , которое является прямым напряжением для эмиттерного перехода.

Цепь коллектора (выходная цепь)питается от источника . Для получения усиленного выходного напряжения в эту цепь включена нагрузка . работа усилительного каскада с транзистором происходит следующим образом. Напряжение источника между сопротивлением нагрузки и внутренним сопротивлением транзистора.

Если во входную цепь включается источник колебаний, то при изменении его напряжения изменяется ток эмиттера. Изменения тока коллектора (он является выходным током)почти равны изменениям тока эмиттера и во много раз больше изменений тока базы, являющегося входным током. Поэтому в рассматриваемой схеме получается значительное усиление тока и очень большое усиление мощности. Усиленная мощность является частью мощности, затрачиваемой источником .

Рассмотрим работу усилительного каскада на числовом примере. Пусть питающие напряжения равны и , сопртивление резистора нагрузки и сопротивление транзистора также равно 4 кОм. Напряжение разделится пополам и напряжения на и на внутреннем сопротивлении транзистора будут по 6 В.

Если от источника колебаний на вход поступает переменное напряжение с амплитудой 0,1 В, то максимальное то максимальное напряжение на участке база – эмиттер при положительной полуволне становиться равным 0,3 В. Предположим, что под влиянием этого напряжения ток эмиттера возрастёт до 2,5 мА. Таким же практически станет и ток коллектора. Он создаст на резисторе нагрузки падение напряжения 2,5∙4 = 10 В, а падение напряжения на внутреннем сопротивлении транзистора уменьшится до 12-10=2 В. Через полпериода, когда источник колебаний даст напряжение минус 0,1 В, произойдёт обратное явление. Минимальное напряжение база – эмиттер станет равным 0,2-0,1=0,1 В. Токи эмиттера и коллектора уменьшаться до 0,5 мА. На резисторе падение напряжения уменьшится до 0,5∙4=2 В, а на внутреннем сопротивлении транзистора оно возрастёт до 12-2=10 В. Таким образом, подача на вход транзистора переменного напряжения с амплитудой 0,1 В вызывает изменение напряжения на резисторе нагрузки и на транзисторе на 4 В в ту и другую сторону (от 10 до 2В). Следовательно, выходное напряжение имеет амплитуду колебаний 4 В, т.е. оно в 40 раз больше входного напряжения.

2. Классификация усилителей.

1. По роду усилительных элементов: ламповые и транзисторные.

2. По роду усиливаемых сигналов: усилители напряжения, тока и мощности.

3. По числу каскадов: одно-, двух- и многокаскадные.

4. По диапазону усиливаемых сигналов, в котором усилитель обеспечивает нормальную работу:

а) усилители низкой частоты (УНЧ), которые служат для усиления непрерывных периодических сигналов в диапазоне низких частот (от десятков герц до десятков килогерц);

б) усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления медленно меняющихся напряжений и токов в диапазона частот от нуля до некоторой частоты;

в) избирательные усилители предназначены для усиления сигналов в небольшой полосе частот; как правило, это усилители высокой частоты (УВЧ);

г) импульсные, или широкополосные усилители работают в диапазоне от нескольких килогерц до нескольких десятков мегагерц и используются в устройствах импульсной связи, радиолокации и телевидения.

3. Основные технические характеристики усилителей.

1. Коэффициент усиления показывает, во сколько раз напряжение (ток, мощность) на выходе усилителя больше, чем на входе.

2. Выходная мощность – это мощность, которая выделяется на нагрузке, присоединённой к выходу усилителя.

3. Коэффициент полезного действия определяется отношением выходной мощности к мощности, развиваемой всеми источниками питания усилителя.

4. Частотные искажения – это искажения, вызванные различной степенью усиления на различных частотах.

5. Фазовые искажения – это искажения, вызванные непропорциональным сдвигом фаз между входным и выходным напряжением на разных частотах. Фазовых искажений не будет, если при усилении сдвиг фаз между входным и выходным напряжением остаётся постоянным для всех частот или он изменяется пропорционально частоте.

В усилителях телевизионных сигналов и в радиолокационных приёмниках фазовые искажения могут заметно исказить воспроизведение изображения на экране приёмника.

6. Нелинейные искажения проявляются в искажении формы усиливаемого сигнала.