Общие сведения. Усиление – физический процесс увеличения мощности сигнала за счет расхода энергии стороннего источника

УСИЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Усиление – физический процесс увеличения мощности сигнала за счет расхода энергии стороннего источника.

Усилители – это устройства, предназначенные для усиления напряжения, тока, мощности. Они находят широкое применение в разнообразной радиоэлектронной аппаратуре. В настоящее время в качестве активных элементов усилителей, выполненных как на дискретных элементах, так и в виде интегральных микросхем, в основном используют биполярные и полевые транзисторы.

Минимальная ячейка (часть) усилителя, сохраняющая усилительные свойства называется каскадом. В усилителях используется важнейшее свойство электронных приборов (ЭП)– управление большим током в выходной цепи при помощи слабого воздействия на управляющий электрод.

Рис. 4.1. Обобщенная схема каскада усилителя

Обобщенная схема усилительного каскада с включением ЭП по схеме с общим инжектором показана на рис. 4.1. Она обязательно содержит ЭП, нагрузку ЭП и источник питания – источник постоянного напряжения. В данном случае нагрузкой ЭП является постоянный резистор R. Эти основные элементы усилительного каскада образуют замкнутую цепь (контур), в которой может протекать постоянный ток. Электрическое состояние этой цепи в соответствии со вторым законом Кирхгофа описывается уравнением

. (4.1)

Процесс усиления заключается в том, что входной сигнал , изменяя сопротивление ЭП, регулирует силу тока . Изменение силы тока приводит к изменению падений напряжений на резисторе и на коллекторе ЭП . Kолебание рассматривается как выходной сигнал и направляется в нагрузку усилителя (потребителю). Поскольку в ЭП выходные ток и напряжение значительно превышают входные, то мощность выходного сигнала больше мощности входного сигнала. Увеличение мощности сигнала происходит за счет расхода электрической энергии источника питания. Таким образом, усиление основано на преобразовании электрической энергии источника постоянного напряжения в энергию выходного сигнала за счет изменения сопротивления ЭП по закону, задаваемому входным сигналом.

Усилители классифицируют по назначению, полосе рабочих частот, форме усиливаемых сигналов, по используемым активным элементам. Активные элементы в усилителях могут работать в линейном и нелинейном режимах. Если активный элемент работает в линейном режиме, то усилитель относят к классу линейных усилителей, и он обладает всеми свойствами линейных цепей. Если транзистор работает в нелинейном режиме, то усилитель является нелинейным устройством, хотя выходной сигнал по форме практически совпадает с входным сигналом. Одним из нелинейных режимов работы активного элемента является ключевой режим.

По форме входных сигналов различают усилители гармонических или импульсных сигналов.

По значению нижней граничной частоты усиливаемых сигналов различают усилители постоянного тока (УПТ) и переменного тока. Усилители переменного тока усиливают гармонические составляющие сигнала в определенной полосе частот. Среди усилителей переменного тока различают: усилители низких частот (УНЧ), усилители высоких частот (УВЧ), апериодические и избирательные (узкополосные) усилители, широкополосные (импульсные) усилители. Избирательные усилители работают в очень узкой полосе частот. Они подразделяются на резонансные и полосовые усилители. Как правило, усилители – многокаскадные устройства и содержат входной каскад, каскады предварительного усиления и выходной каскад (усилитель мощности), который работает непосредственно на нагрузку потребителя.

Основным параметром, характеризующим усилитель, является коэффициент усиления. В радиоэлектронике широко используется линейное усиление, когда выходной и входной сигналы связаны близкой к линейной зависимостью, , где – коэффициент усиления по напряжению.

Дата добавления: 2014-11-16