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.