1/17

лекция4

1.

УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
Усилители электрических сигналов – это электронные устройства,
предназначенные для усиления напряжения, тока или мощности входных
электрических сигналов за счет энергии источника питания.
Структурная схема электронного усилителя
Источник
энергии
Р0
Источник
сигнала
Р1
Р2
Усилитель
Нагрузка
Рр
Р0 >Р2 > Р1
Р0 = Рp + Р2
Потери

2.

Классификация усилителей
1) по виду усиливаемого сигнала – усилители постоянного тока (УПТ),
усилители гармонического и импульсного сигналов;
2) по виду усиливаемой величины – усилители напряжения, тока и
мощности;
3) по диапазону усиливаемых частот – усилитель постоянного тока,
усилители переменного тока: усилители низких частот (УНЧ), усилители высоких
частот (УВЧ), усилители СВЧ-диапазона, оптические усилители, широкополосные,
узкополосные, избирательные усилители, усилители с управляемой полосой
усиливаемых частот;
4) по виду соединения между каскадами в многокаскадных усилителях
различают – усилители с гальванической, емкостной и трансформаторной связью.
Связь по постоянному току обеспечивается только при наличии гальванической
связи;
5) по виду нагрузки – усилители с активной, емкостной и индуктивной
нагрузкой;
6) резонансные усилители (в процессе усиления используются
резонансные системы);
7) по способу усиления – электронные, магнитные, электромашинные,
оптические или квантовые, параметрические усилители.

3.

K
а
д
г
в
б
f
АЧХ: а – УПТ, б – УНЧ, в – УВЧ, г – ШПУ, д – ИУ

4.

Схемы замещения усилителя
Rг Iвх
Rвых
Iвых = Iн

Iвых = Iн
Iвх
Ег Uвх
Rвх
Е
Uвых Rн
Ег
Rвх
Е
Источник входного сигнала может работать
-в режиме холостого хода (х.х.), если Rвх >> Rг,
- короткого замыкания (к.з.) при Rвх << Rг
-в режиме согласования при Rвх Rг.
По соотношению Rвых и Rвх усилители подразделяются на
усилители:
- с потенциальным выходом, если Rн >> Rвых;
- с токовым выходом, если Rвых >> Rн;
- с мощностным выходом, при Rвых Rн.
Rвых

5.

Основные характеристики и параметры усилителей
1 Коэффициент усиления
КU
U вых
I
Р
; К I вых ; К Р вых К U К I
U вх
I вх
Р вх
К U (дБ) 20 lg
U вых
20 lg K U ;
U вх
I
К I (дБ) 20 lg вых 20 lg K I ;
I вх
К Р (дБ) 20 lg
Р вых
10 lg K Р .
Р вх
.

6.

Многокаскадный усилитель

Ег
1
2
n-1
n
Общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя:
К0 = К1К2К3 … Кn;
К0(дБ) = К1(дБ) + К2(дБ) + … + Кn(дБ),
где К1, К2, … Кn коэффициенты усиления отдельных каскадов.

7.

2 Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазочастотная
характеристика (ФЧХ)
АЧХ
ФЧХ

8.

АЧХ в логарифмическом масштабе

9.

3 Амплитудная характеристика
4 Динамический диапазон
D
U вх max
U
; D(дБ) 20lg вх max
U вх min
U вх min

10.

5 Переходная характеристика усилителя
6 КПД
Рвых
,
Р0
где Р0 – мощность, потребляемая усилителем от источника питания.

11.

7 Входное и выходное сопротивления
( )
U
при Rн = const;
Zвх ( ) вх
I ( )
вх
Z вых
U
( )
хх
вых
н ( )
( ) U
вых
I н ( )
вых
8 Выходная мощность усилителя Рвых
9 Искажения в усилителе делятся на линейные (частотные и фазовые) и
нелинейные (вызванные нелинейными ВАХ транзисторов)
9.1 Коэффициент частотных искажений
М
К0
; f заданная частота.
Кf
Линейные искажения (частотные) обусловлены зависимостью от частоты
коэффициента усиления, реактивных составляющих схемы. Уровень линейных
искажений не зависит от амплитуды сигнала, а зависит только от частоты. В общем
случае
Uвых ( j ) Uвых e j t e j 2 ( )
j ( )
К u ( j )
К
(
)e
u
Uвх ( j )
Uвх e j t e j 1 ( )

12.

Фазовые искажения не влияют на спектральный состав и соотношение амплитуд
гармонических составляющих сложного сигнала, но вызывают изменение формы
сигнала из-за фазового сдвига отдельных гармонических составляющих сигнала.
а – исходный сигнал;
б – сигнал с фазовыми
искажениями;
в – ФЧХ

13.

9.2 Уровень нелинейных искажений описывается коэффициентом гармоник Кг
и коэффициентом нелинейных искажений Кни
Кг
Р2 Р3 ... Рn
Р1
I 22 I 32 ... I n2
U 22 U 32 ... U n2
;
2
2
I1
U1
К ни
Р2 Р3 ... Рn
Р1 Р2 ... Рn
I 22 I 32 ... I n2
U 22 U 32 ... U n2
.
2
2
2
2
2
2
I1 I 2 ... I n
U1 U 2 ... U n

14.

УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
Обратной связью (ОС) называют передачу части мощности с выхода устройства или
какого-либо промежуточного звена на его вход.
Схема усилителя с обратной связью

15.

Обратная связь может быть паразитной и специально вводимой.
Различают два вида специально вводимой обратной связи:
1) положительную (ПОС), если в результате введения коэффициент
усиления возрастает. При положительной обратной связи фаза напряжения,
подаваемого с выхода усилителя на его вход (фаза напряжения обратной связи),
совпадает с фазой входного сигнала. Положительная обратная связь применяется
главным образом в генераторах.
2) отрицательную ООС, если в результате введения обратной связи
коэффициент усиления уменьшается. При отрицательной обратной связи фаза
напряжения обратной связи противоположна фазе входного сигнала. В усилителях
обычно применяется лишь отрицательная обратная связь, которая способствует
улучшению его качественных показателей.

16.

Способы получения сигнала ОС и подачи его на вход усилителя
ОС по способу получения: а – обратная связь по напряжению, б – по току,
в – комбинированная;
ОС по способу подачи на вход усилителя: г – последовательная, д – параллельная

17.

Параметры усилителя с обратной связью
Коэффициент усиления с ООС
Коэффициент усиления с ПОС
Кu
К uо.с
1 К u
К uо.с
Коэффициент нестабильности
К u
Кu
Кu
1 К u
Коэффициент нестабильности с ООС
о .с
К u
1
1
К u 1 К u
1 К u
Входное сопротивление для последовательной ООС
~ ~
Zвх .о.с Zвх (1 К u )
Выходное сопротивление для ООС по напряжению
Zвых
Zвых .о.с ~ ~
1 Кu
Нелинейные искажения: напряжение гармоник с ООС

Uг.о.с
1 К u
English     Русский Rules