Самостоятельная работа № 22

«Классификация и назначение 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.

Выходные сигналы датчиков и других элементов во многих случаях оказываются слабыми и недостаточными для приведения в действие последующих элементов систем автоматического управления, например реле, не говоря уже о таких исполнительных устройствах, как электродвигатели и тяговые электромагниты. Поэтому возникает необходимость усиления сигналов управления, измерения и контроля с помощью усилителей.

Усилителем называется устройство, предназначенное для увеличения мощности сигнала за счет энергии N дополнительного источника питания; при этом выходная (усиленная) величина у является функцией входного сигнала х и имеет одинаковую с ним физическую природу. Усилители относятся к активным элементам автоматики (рис. 8.1, б).В зависимости от вида энергии, получаемой от дополнительного источника питания, различают электрические, пневматические, гидравлические, механические и другие усилители.

Наиболее широкое применение находят электрические усилители, так как они обладают высокой чувствительностью, допускают сравнительно простую регулировку коэффициента усиления, хорошо сочетаются с электрическими исполнительными устройствами (двигателями, электромагнитами и т.п.).

По принципу действия электрические усилители делятся на две группы. Первую весьма большую группу составляют усилители, в основу которых положен усилительный элемент (электронная лампа, транзистор, управляемая индуктивность, управляемая емкость). В таких усилителях маломощный входной сигнал управляет передачей гораздо большей энергии от источника питания в полезную нагрузку, присоединенную к выходу усилителя. В соответствии с типом управляющего (усилительного) элемента различают ламповые, транзисторные, магнитные, диэлектрические усилители. Ламповые и транзисторные усилители часто объединяют названием электронные усилители, так как принцип их действия основан на электронных процессах в вакууме и полупроводнике.

Электронные усилители можно разделить по следующим признакам:

-виду активного элемента - ламповые, транзисторные, на туннельных диодах, параметрических диодах;

-диапазону частот - электрометрические, постоянного тока, низкой частоты, радио- и промежуточных частот, СВЧ;

-ширине полосы частот - узкополосные, широкополосные

-виду сигнала - гармонические, импульсные;

-электрическому параметру - напряжение, ток, мощность;

-типу нагрузки - резисторные, резонансные.

На рис. 8.2 показаны диапазоны частот различных типов усилителей.

Вторую группу составляют усилители, в которых происходит преобразование энергии питания, отличной от вида энергии выходного и управляющего сигналов. Наиболее типичным для этой группы является электромашинный усилитель, в котором механическая энергия привода преобразуется в электрическую энергию.

По характеру усиливаемых электрических сигналов различают усилители непрерывных сигналов различных величин и форм и импульсные усилители, предназначенные для усиления импульсных пе иодических и непериодических сигналов.

По частоте усиливаемых сигналов различают усилители переменного тока, усиливающие сигналы в полосе частот от нижней рабочей частоты fн > 0 до верхней рабочей частоты fв, но не усиливающие их постоянную составляющую; усилители постоянного тока, усиливающие в полосе частот от нуля (fH = 0) до fв как переменные составляющие сигнала, так и его постоянную составляющую.Управляющий (усилительный) элемент вместе с резисторами, конденсаторами и другими деталями схемы принято называть усилительным каскадом. При недостаточном усилении сигнала одним каскадом используется соединение нескольких каскадов, выполняющих роль предварительного усиления и обеспечивающих работу мощного выходного каскада. Исходя из этого различают однокаскадные и многокаскадные усилители. Каскады нумеруются в возрастающем порядке от входа к выходу усилителя, при этом первый каскад от входа называется входным, а последний - выходным (оконечным).

Основными характеристиками и параметрами усилителей систем автоматического управления являются характеристика управления, динамические характеристики, коэффициент усиления мощности, входное и выходное сопротивления, коэффициент полезного действия (для выходных каскадов), уровень собственных шумов.

Характеристики управления усилителей (рис. 8.3) чаще всего нелинейные и могут быть, в частности, с зонами нечувствительности и насыщения; с зонами нечувствительности, насыщения и неоднозначностью; релейного типа. По форме эти характеристики аналогичны некоторым характеристикам управления, приведенным ранее. Следует отметить, что от усилителя в ряде случаев требуется существенно нелинейная (релейная) зависимость между выходной и входной величинами. В релейном режиме практически может работать любой усилитель, при этом часто используется релейный режим работы электронных и магнитных усилителей. Так, например, транзисторные усилители в релейном режиме широко применяются в системах импульсного управления электродвигателями и электромагнитными механизмами.

Назначение усилителей

По назначению различают усилители напряжения, тока и мощности, по виду нагрузки — резисторные, резонансные, трансформаторные, дроссельные и т. д.

В зависимости от области рабочих частот усилители бывают, низкой (звуковой) частоты (от 20...30 Гц до 20 кГц), высокой (свыше 100 кГц) и постоянного тока, предназначенные для усиления постоянных и медленно изменяющихся напряжений и токов.

Основные параметры электронных усилителей

Свойства усилителей во многом определяются областью их применения. Чтобы судить о возможности использования конкретного усилителя в том или ином электронном устройстве, необходимо знать его основные параметры. К ним кроме коэффициента усиления относятся чувствительность, выходная мощность, диапазон усиливаемых частот, входное и выходное сопротивления, коэффициент нелинейных искажений и некоторые другие.

Выходной является мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку. Различают номинальную и максимальную выходную мощность. Номинальной (Pном) называют такую наибольшую выходную мощность, при которой искажения усиливаемого сигнала не превышают некоторого оговоренного заранее значения (обычно 3...5%). С возрастанием выходной мощности увеличиваются и искажения усиливаемого сигнала. Наибольшую мощность, которую можно получить от усилителя при уровне искажений усиливаемого сигнала до 10 %, называют максимальной (Рмакс). Максимальная выходная мощность может в 2..10 раз превышать номинальную.

Чувствительностью усилителя называют напряжение низкочастотного сигнала в милливольтах или микровольтах, подаваемого на его вход, при котором усилитель отдает в нагрузку номинальную мощность.

Чем меньше это входное напряжение, тем выше чувствительность. Например, усилитель, на который сигнал подается,от микрофона, должен обладать чувствительностью 1...2 мB, а для усилителя, воспроизводящего грамзаписи от пьезоэлектрических звукоснимателей, достаточна чувствительность 100...200 мВ.

Диапазон усиливаемых частот — это область рабочих частот усилителя, в границах которой его коэффициент усиления изменяется, в пределах, заданных техническими условиями.

Усилитель по-разному усиливает электрические колебания различных частот.

График зависимости коэффициента усиления от частоты усиливаемых сигналов называют амплитудно-частотной. характеристикой (АЧХ)усилителя.

Диапазон частот ΔF, в пределах которого коэффициент усиления уменьшается не более, чем в 0,7 раз от максимального значения, называют полосой пропускания усилителя.

По значению полосы пропускания усилители подразделяются на широкополосные и узкополосные.

Дата добавления: 2015-05-06