Сучасна техніка широко використовує принцип керування енергією, який дозволяє за допомогою затрати невеликої її кількості керувати енергією набагато більшою.
Керування енергією, при якому процес керування безперервний, плавний та однозначний, називають підсиленням; пристрій, який здійснює процес підсилення, називають підсилювачем.
Форма як керуючої, так і керованої енергії може бути різноманітною - електричною, механічною, світловою і т.д.; підсилювачі, в яких як керуюча, так і керована енергія є електричною енергією називають підсилювачами електричних сигналів.
Підсилення сигналів здійснюється в підсилювачі за допомогою підсилюючих елементів - особливих пристроїв, які володіють керуючими властивостями.
Керуюче джерело живлення, від якого сигнали, які потрібно підсилити, надходять на підсилювач, називають джерелом сигналу, а ланцюг підсилювача, в який ці сигнали вводять, - вхідним ланцюгом або входом підсилювача. Пристрій, який є споживачем підсилених сигналів, називають навантаженням підсилювача, а ланцюг підсилювача, до якого підключають навантаження, - вихідним ланцюгом або виходом підсилювача.
Потужність підсилених сигналів, яка віддається підсилювачем в навантаження, завжди більша потужності сигналів, яка підводиться до входу.
Джерело керованої енергії, яка перетворюється підсилювачем в енергію підсилюваних сигналів, називають джерелом живлення підсилювача або основним джерелом живлення. Крім основного, підсилювач нерідко має допоміжні джерела живлення, енергія яких не перетворюється в підсилювані сигнали, а використовується для приведення підсилюючих елементі в робочий стан.
Підсилювачі можна класифікувати за характером підсилюваних сигналів, за частотою підсилюваних частот, за призначенням підсилювача, за родом використаних підсилюючих елементів.
За характером підсилюваних сигналів розрізняють:
1. Підсилювачі гармонійних сигналів, або гармонійні підсилювачі, призначені для підсилення безперервних періодичних та квазіперіодичних електричних сигналів, гармонійні складові яких змінюються набагато повільніше тривалості нестаціонарних процесів в ланцюгах підсилювача.
2. Підсилювачі імпульсних сигналів, або імпульсні підсилювачі, призначені для підсилення електричних імпульсів різної форми і величини. Нестаціонарні процеси в ланцюгах таких підсилювачів повинні протікати настільки швидко, щоб форми підсилюваних сигналів цими процесами майже не спотворювалися.
За шириною смуги і абсолютними значеннями підсилюваних підсилювачем частот розрізняють:
1. Підсилювачі постійного струму (точніше, підсилювачі повільно змінюючихся напруг і струмів), які підсилюють електричні коливання любої частоти в межах від нижчої частоти fн®0 до вищої робочої частоти fв, тобто підсилюючий як змінні складові сигналу, так і його постійну складову.
2. Підсилювачі змінного струму, які підсилюють лише змінні складові сигналу в смузі частот від нижчої робочої частоти fн до вищої робочої частоти fв.
3. Підсилювачі високої частоти, призначені для підсилення електричних коливань модульованої високої частоти.
4. Підсилювачі проміжної частоти, призначені для підсилення електричних сигналів модульованої проміжної (перетвореної) частоти. Підсилювачі як високої, так і проміжної частоти характеризуються малою величиною відношення вищої робочої частоти до нижчої (звичайно fв/fн<1,1).
5. Підсилювачі низької частоти, призначені для підсилення неперетворених (преривчатих) електричних коливань.
Підсилювачі з вищою робочою частотою близько мегагерца і вище і нижчою робочою частотою близько кілогерца або менше мають дуже велике відношення вищої частоти до нижчої; такі підсилювачі називають широкосмуговими.
Вибірковими або селективними називають підсилювачі, які підсилюють сигнали в дуже вузькій смузі частот, підсилення яких різко падає за межами цієї смуги; їх поділяють на резонансні, частотна характеристика яких має вид резонансної кривої, та смугові, підсилення яких майже постійно в вузькій смузі частот і різко падає за її межами.
Підсилювачі, в яких сигнали підсилюються без перетворення їх частоти, називають підсилювачами прямого підсилення; підсилювачі, в яких частота підсилюваних сигналів перетворюється, називають підсилювачами з перетворенням.
За родом використаних в підсилювачі елементів розрізняють транзисторні, лампові, магнітні, діодні, молекулярні і т.д. підсилювачі.
Рис.1.1 Блок-схема підсилюючого пристрою.
Вхідний пристрій служить для передачі сигнала від джерела у вхідний ланцюг першого підсилюючого елемента. Його використовують, коли безпосереднє підключення джерела сигналу до входа підсилювача неможливе або недоцільне. Вхідний пристрій у виді симетруючого трансформатора широко використовують для перетворення несиметричного вхідного ланцюга підсилювача в симетричний. Вхідний пристрій у вигляді звичайного трансформатора широко використовують для узгодження (для отримання умов, близьких до узгодження) вихідного опору джерела сигналу і вхідного опору першого підсилюючого елемента, що іноді є необхідним для джерла сигнала, а також дозволяє отримати найбільшу напругу сигналу на вході підсилювача.
Вхідний пристрій використовують також для попередження проходження постійної складової струму або анпруги зміщення першого підсилюючого елемента в джерело сигналу і попадання постійної складової від джерела на вхід підсилюючого елемента, які перешкоджають правильному режиму роботи джерела сигналу і виводять робочу точку підсилюючого елемента з її правильного положення; якщо вхідний пристрій використовують тільки для розділення постійних складових джерела сигналу і вхідного ланцюга, його виконують простіше - у вигляді роздільчого конденсатора. При можливості безпосереднього включення джерела сигналу у вхідний ланцюг підсилювача вхідний пристрій не використовують.
Призначення попереднього підсилювача - підсилити напругу, струм і потужність сигналу до величини, необхідної для подачі на вхід потужного підсилювача. Попередній підсилювач може складатися з декількох каскадів попереднього підсилення; кількість останніх визначається необхідним підсиленням. Якщо напруга, струм і потужність, які віддаються джерелом сигналу достатні для підведення до входу потужного підсилювача, попередній підсилювач у складі пристрою відсутній.
Потужний підсилювач призначений для віддачи в навантаження необхідної потужності сигналу. Транзисторні підсилювачі з вихідною потужністю декілька ватт і вище звичайно мають 2-3 каскади потужності підсилення, так як останній каскад потребує подачі на вхід значної потужності сигналу, яку повинен віддавати попередній каскад, який є при цьому також каскадом потужного підсилення. Коли навантаженням підсилювача є невелика ємність, на навантаженні потрібно забезпечити лише напругу сигналу певної величини, а не задану вихідну потужність; а в цьому випадку потужний підсилювач не потрібний і вихідний каскад підсилюючого пристрою являє собою каскад попереднього підсилення.
Вихідний пристрій служить для передачі підсиленого сигналу з вихідного ланцюга останнього підсилюючого елемента в навантаження і використовується тоді, коли безпосереднє підключення навантаження до вихідного ланцюга неможливе або недоцільне. Вихідний пристрій у вигляді симетруючого трансформатора використовують при роботі несиметричного вихідного каскаду на симетричне навантаження, наприклад симетричну лінію зв’язку.
Вихідний пристрій у вигляді вихідного трансформатора дуже часто використовують для створення підсилюючому елементу вихідного каскаду найвигіднішого опору навантаження, при якому цей каскад віддасть необхідну потужність при високому коефіцієнті корисної дії і малих нелінійних спотвореннях, а іноді і при необхідності узгодження вихідного опору з опором навантаження.
Для розділення постійних складових струму і напруги вихідного ланцюга і навантаження використовують вихідний пристрій у вигляді роздільного конденсатора; при можливості безпосереднього включення навантаження у вихідний ланцюг кінцевого каскаду вихідний пристрій не використовують.
Основні технічні показники підсилювачів. Вхідні і вихідні дані.
При посиленні сигналів підсилювач трохи змінює їхню форму; відхилення форми вихідного сигналу від форми вхідного називають викривленнями. Дані, що характеризують властивості підсилювача і внесені їм викривлення, називають показниками. Основними показниками підсилювача є: вхідні і вихідні дані, коефіцієнти підсилення і корисної дії, частотна, фазова і перехідна характеристики, рівень внутрішніх перешкод, нелінійність, стабільність, надійність.
Вхідними даними підсилювача є: його вхідна напруга Uвх, вхідний струм Iвх і вхідна потужність сигналу Рвх, при яких підсилювач віддає в навантаження задану потужність, струм або напругу, а також вхідний опір підсилювача Zвх. Вхідний опір підсилювача в загальному випадку комплексно, але вхідну потужність, струм і напругу звичайно визначають в умовах, при яких вхідний опір можна вважати активному і рівним Rвх; у цьому випадку
Uвх=IвхRвх; Rвх=Uвх/Iвх; Рвх=UвхIвх.
Джерело сигналу, що підключається до входу підсилювача, характеризується електрорушійною силою Едж і внутрішнім опором Zдж.
До вихідних даних відносяться: розрахункова, тобто задана технічними вимогами, потужність сигналу Pнагр віддається підсилювачем у навантаження і називана вихідною потужністю підсилювача; вихідна напруга сигналу Uвих або вихідний струм сигналу Iвих, що віддаються підсилювачем при роботі його на розрахунковий опір навантаження Zнагр, а також вихідний опір підсилювача Zвих.
Опір навантаження підсилювача в загальному випадку комплексно, але вихідну потужність, струм і напругу також звичайно визначають в умовах, при яких навантаження можна вважати активної і рівної Rнагр; при цьому
Uвих=IвихRнагр; Рнагр=IвихUвих=I2вихRнагр=U2вих/Rнагр.
Вихідний опір підсилювача в загальному випадку також комплексно, однак воно рідко є істотним показником, а тому звичайно не вказується.
Коефіцієнти підсилення і коефіцієнти корисної дії.
Коефіцієнт підсилення напруги К, називаний звичайно просто коефіцієнтом підсилення підсилювача, являє собою відношення сталого значення напруги сигналу на виході до напруги сигналу на вході пристрою:
К=Uвих/Uвх (1)
Наскрізний коефіцієнт підсилення напруги К* являє собою відношення вихідної напруги до ЕРС джерела сигналу Едж:
К*=Uвих/Едж (2)
Відношення сталого значення струму сигналу на виході до струму сигналу на вході являє собою коефіцієнт підсилення струму Kт а відношення потужності сигналу в навантаженні підсилювача до потужності сигналу на вході - коефіцієнт підсилення потужності Км:
Кт=Iвих/Iвх; Км=Рнагр/Рвх
Коефіцієнти підсилення напруги і токи є комплексними величинами, тому що вихідна напруга і струм через наявність у навантаженні і ланцюгах підсилювача реактивних складові опори зрушені по фазі щодо вхідних значень.
У зв'язку з тим, що сприйняття органів почуттів людини підкоряється логарифмічному законові, абсолютну величину (модуль) коефіцієнтів підсилення нерідко виражають у логарифмічних одиницях - децибелах або неперах, для чого користуються співвідношеннями:
К [дб] =20lg; Кт [дб] =20lgKт; Км [дб] =20lgKм;
К [неп] =ln; Кт [неп] =lnKт; Км [неп] =lnKм; (3)
де е - основа натуральних логарифмів. З (3) випливає, що
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
