Обратные связи в усилителях, их разновидности, воздействие обратной связи на свойства усилителя

Назначение и классификация электронных усилителей.

Электронный усилитель — усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры — радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибора и т. д.

Структура усилителя

Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления (бывают и однокаскадные усилители), соединённых между собой прямыми связями В большинстве усилителей кроме прямых присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. Некоторые усилители (обычно УВЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного сигнала. Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, фильтры — для формирования заданной частотной характеристики и различные функциональные устройства — нелинейные и др. Как и в любом активном устройстве в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.

3. Виды усилителей

3.1. Аналоговые усилители и цифровые усилители

- В аналоговых усилителях аналоговый входной сигнал без цифрового преобразования усиливается аналоговыми усилительными каскадами. Выходной аналоговый сигнал без цифрового преобразования подаётся на аналоговую нагрузку.

- В цифровых усилителях, после аналогового усиления входного аналогового сигнала аналоговыми усилительными каскадами до величины достаточной для аналого-цифрового преобразования аналого-цифровым преобразователем (АЦП, ADC) происходит аналого-цифровое преобразование аналоговой величины (напряжения) в цифровую величину - число (код), соответствующий величине напряжения входного аналогового сигнала.

3.2. Виды усилителей по элементной базе:

- Ламповый усилитель - усилитель, усилительными элементами которого служат электронные лампы.

- Полупроводниковый усилитель - усилитель, усилительными элементами которого служат полупроводниковые приборы (транзисторы, микросхемы и др.).

- Гибридный усилитель - усилитель, часть каскадов которого собрана на лампах, часть - на полупроводниках.

- Квантовый усилитель - устройство для усиления электромагнитных волн за счёт вынужденного излучения возбуждённых атомов, молекул или ионов.

3.3. Виды усилителей по диапазону частот:

- Усилитель постоянного тока (УПТ) - усилитель медленно меняющихся входных напряжений или токов, нижняя граничная частота которых равна нулю. Применяется в автоматике, измерительной и аналоговой вычислительной технике.

- Усилитель низкой частоты (УНЧ, усилитель звуковой частоты, УЗЧ) - усилитель, предназначенный для работы в области звукового диапазона частот (иногда также и нижней части ультразвукового, до 200 кГц). Используется преимущественно в технике звукозаписи, звуковоспроизведения, а также в автоматике, измерительной и аналоговой вычислительной технике.

- Усилитель высокой частоты (УВЧ, усилитель радиочастоты, УРЧ) - усилитель сигналов на частотах радиодиапазона. Применяется преимущественно в радиоприёмных и радиопередающих устройствах в радиосвязи, радио- и телевизионного вещания, радиолокации, радионавигации и радиоастрономии, а также в измерительной технике и автоматике.

-Импульсный усилитель - усилитель, предназначенный для усиления импульсов тока или напряжения с минимальными искажениями их формы. Применяются в импульсных устройствах радиолокации, радионавигации, автоматики и измерительной техники.

3.4. Виды усилителей по полосе частот:

- Широкополосный (апериодический) усилитель - усилитель, дающий одинаковое усиление в широком диапазоне частот.

- Полосовой усилитель - усилитель, работающий при фиксированной средней частоте спектра сигнала и приблизительно одинаково усиливающий сигнал в заданной полосе частот.

- Селективный усилитель - усилитель, у которого коэффициент усиления максимален в узком диапазоне частот и минимален за его пределами.

3.5. Виды усилителей по типу нагрузки:

- с резистивной;

- с ёмкостной;

- с индуктивной;

- с резонансной.

- Усилители в качестве самостоятельных устройств:

- Усилители звуковой частоты

- Усилители звуковой частоты для систем проводного вещания.

- Усилители звуковой частоты для озвучивания открытых и закрытых пространств.

- Бытовые усилители звуковой частоты.

- Измерительные усилители - предназначены для усиления сигналов в измерительных целях. Основная статья - Измерительный усилитель (средство измерений).

- Усилители биопотенциалов - разновидность измерительных усилителей, используются в электрофизиологии.

- Антенные усилители - предназначены для измерений слабых сигналов с антенны перед подачей их на вход радиоприёмника. Антенный усилитель устанавливается обычно непосредственно на антенне или поблизости от неё.

Обратной связью называют связь между электрическими цепями, при которой часть энергии выходного сигнала передаётся на вход, т.е. из цепи с более высоком уровнем сигнала в цепи с более низким его уровнем. Обратная связь значительно влияет на свойства и характеристики усилителя, поэтому её часто вводят в усилитель (схему устройства) для изменения его свойств в нужном направление. Такая обратная связь называется внешней. Обратная связь может возникнуть и самопроизвольно, например, из-за физических особенностей усилительного элемента. Такая обратная связь называется внутренней обратной связью. Обратная связь возникающая из-за паразитных связей (емкостных, индуктивных и др.) называется паразитной.

Цепь обратной связи вместе с частью схемы усилителя, к которой она подключена, образует замкнутый контур, называемый петлёй обратной связи, рис. 1.

Рис. 1. Обратная связь в усилителе К – коэффициент усиления усилителя Β – коэффициент передачи цепи обратной связи.

Коэффициент усиления усилителя с обратной связью равен

Классификация обратных связей в усилителях

Обратные связи бывают полезными, если мы их создаем сами, и паразитными (вредными), если они возникают в схемах помимо нашего желания.

По месту нахождения по отношению к усилителю ОС могут быть внутренними, если передача сигнала с выхода на вход происходит через внутренние элементы усилителя, и внешними, если они охватывают усилитель снаружи.

По воздействию на величину коэффициента усиления ОС бывают положительными, если увеличивают его, и отрицательными, если уменьшают.

Реализация полезных обратных связей может быть различной. Различают 4 вида обратных связей:

На рисунках изображены:

а) последовательная ОС по напряжению

б) параллельная ОС по напряжению

в) последовательная ОС по току

г) параллельная ОС по току

Для определения вида обратной связи (ОС) нужно "закоротить" нагрузки. Если при этом сигнал обратной связи обращается в нуль, то это ОС по напряжению, если сигнал ОС не обращается в нуль, то это ОС по току.

Обратная связь, в особенности отрицательная, оказывает значительное воздействие практически на все основные параметры усилителя, существенно улучшая его свойства. Уже отмечалось, что отрицательная обратная связь снижает коэффициент усиления усилителя, а положительная увеличивает.

Свойства усилителя с отрицательной обратной связью зависят практически только от параметров элементов звена обратной связи и при этом практически полностью удается исключить зависимость коэффициента усиления по напряжению от температуры окружающей среды, от разброса параметров п/п приборов, входящих в состав усилителя, их старение. Положительная обратная связь может возникать самопроизвольно. В этом случае она называется паразитная. Паразитные положительные обратные связи вызывает самовозбуждение усилителя, т.е. переход его в режим генератора. Причинами возникновения ее являются взаимные индуктивности элементов схемы, взаимные емкости монтажа, для предотвращения ее используют фильтры, построенные на активных элементах RC и LC и экранировку цепей, т.е. защита проводников или отдельных элементов заземленными кожухами.

Дата добавления: 2015-05-06