Усилители

Усилитель (У) - устройство, построенное на активных элементах и предназначенное для увеличения мощности подводимого сигнала за счет энергии источника постоянного тока. Простейший усилитель состоит из усилительного элемента (электронной лампы, транзистора), набора пассивных элементов (резисторы, емкости, индуктивности) и источника электрической энергии, которые образуют усилительный каскад. Он имеет входную цепь, к которой подводится усиливаемый сигнал, и выходную цепь для получения выходного сигнала. Условное обозначение усилителя показано на рисунке 5.2.

Iвх Iвых

U_вх U_вых

Рис.5.2

Основные характеристики усилителей:

- коэффициент усиления - по току К_i = I_вых\I_вх, по напряжению К_u = U_вых\U_вх, по мощности К_p = P_вых\Р_вх =K_i· K_u. Для получения большого коэффициента усиления используют последовательное (каскадное) включение нескольких усилителей. В этом случае общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных усилителей;

- входное сопротивление, выходное cопротивление;

- диапазон усиливаемых частот.

Выбор различных значений коэффициентов усиления по току, напряжению или мощности производится исходя из характеристик устройства, подключаемого к выходу транзистора (например, для динамика основное значение имеет ток, проходящий через обмотку электромагнита, следовательно, необходимо использовать схему с большим коэффициентом усиления по току).

Выбор входных и выходных сопротивлений усилителя определяется значениями сопротивлений элементов, подключаемых на вход и выход усилителя (как известно, максимальная передача энергии от источника сигнала к нагрузке обеспечивается при равенстве их сопротивлений). Диапазон частот определяется спектром сигнала, подлежащего усилению.

В зависимости от полосы усиливаемых частот У разделяются на:

- усилители звуковых (низких) частот - УЗЧ. Используются, например, для усиления частот звукового диапазона;

- усилители радиочастот (высоких частот) - УРЧ. Используются, например, в радиоприемных устройствах для усиления сигналов, принимаемых от радиопередатчиков.

- широкополосные усилители - ШПУ. Используются для усиления сигналов, занимающих большую полосу частот, например, телевизионных сигналов, видеосигналов;

- усилители постоянного тока - УПТ. Используются для усиления сигналов, частотный состав которых начинается с " нулевой" частоты.

В зависимости от элементной базы усилители делятся на:

- ламповые усилители,

- транзисторные усилители,

- диодные усилители (на некоторых типах диодов, например диодах Ганна),

- операционные усилители (на интегральных микросхемах).

В настоящее время преимущественное применение получили операционные усилители из-за большого коэффициента усиления, малых размеров и небольшой потребляемой энергии. Однако они не способны усиливать большие мощности. В этих случаях используют ламповые или транзисторные усилители. Последние вытесняют ламповые усилители, так как являются более экономичными (напряжение питания транзисторных усилителей в несколько раз меньше, чем ламповых), способны выдерживать большие мощности и имеют небольшие размеры. В диапазоне СВЧ используются специальные усилительные приборы (клистроны, магнетроны, диоды Ганна и пр.).

Качество усилителей характеризуется точностью воспроизведения формы сигнала, т.е. соответствия входного и выходного сигналов. Идеальные усилители не искажают формы сигнала, в реальных усилителях форма сигнала из-за неидеальности элементов искажается. Степень искажений характеризуется коэффициентом нелинейных искажений, который в зависимости от схемного построения усилителей составляет от единиц до сотых долей процента.