загрузка...
загрузка...
На головну

підсилювачі

АНАЛОГОВІ ЕЛЕКТРОННІ ПРИСТРОЇ

Підсилювач - це електронний пристрій, що управляє потоком енергії, що йде від джерела живлення до навантаження. Причому, потужність, яка потрібна для управління, набагато менше потужності, що віддається в навантаження, а форма вхідного (підсилюється) та вихідного (на навантаженні) сигналів збігаються (рис. 9.1).

Мал. 9.1. Функціональна схема підсилювача

Класифікація. Всі підсилювачі можна класифікувати за такими ознаками:

· По частоті підсилюється сигналу: підсилювачі низької частоти (УНЧ) для посилення сигналів з частотою від 10 Гц до 100 кГц; широкосмугові підсилювачі, що підсилюють сигнали від 1 до 100 МГц; виборчі підсилювачі, що підсилюють сигнали вузької смуги частот;

· По роду підсилюється сигналу: підсилювачі постійного струму (ППС), які посилюють електричні сигнали з частотою від 0 Гц і вище; підсилювачі змінного струму, що підсилюють електричні сигнали з частотою, відмінною від нуля;

· За функціональним призначенням: підсилювачі напруги, підсилювачі струму і підсилювачі потужності (в залежності від того, який з параметрів посилюється підсилювачем).

Основним якісним параметром підсилювача є коефіціент посилення. Залежно від функціонального призначення підсилювача розрізняють коефіцієнти підсилення по напрузі KU, току KI або потужності KP:

, , ,

де Uвх, Iвх - Амплітудні значення змінних складових відповідно

напруги і струму на вході;

Uвих, Iвих - Амплітудні значення змінних складових

відповідно напруги і струму на виході;

Pвх, Pвих - Потужності сигналів відповідно на вході і виході.

Коефіцієнти посилення часто виражаються в логарифмічних одиницях - децибелах:

KU(ДБ) = 20lgKU; KI(ДБ) = 20lgKI; ДоР(ДБ) = 10lgKP.

Підсилювач може складатися з одного або декількох каскадів. Для багатокаскадних підсилювачів його коефіцієнт посилення дорівнює добутку коефіцієнтів посилення його каскадів: К = К1· До2· ... · Доn. Якщо коефіцієнти посилення каскадів виражені в децибелах, то загальний коефіцієнт посилення дорівнює сумі коефіцієнтів посилення окремих каскадів:

К (дБ) = К1(ДБ) + К2(ДБ) + ... + Кn(ДБ).

Зазвичай в підсилювачі містяться реактивні елементи, в тому числі і «паразитного», а використовувані підсилювальні елементи мають інерційністю. В силу цього коефіцієнт посилення є комплексною величиною:

,

де - Модуль коефіцієнта посилення;

- Зрушення фаз між вхідним і вихідним напругами з амплітудами

Uвх и Uвих.

Крім коефіцієнта посилення важливим кількісним показником є коефіцієнт корисної дії

,

де Pіст - Потужність, споживана від джерела живлення.

Роль цього показника особливо зростає для потужних, як правило, вихідних каскадів підсилювача.

До кількісних показників підсилювача відносяться також вхідний Rвх і вихідна Rвих опору підсилювача:

; ,

де Uвх и Iвх - Амплітудні значення напруги і струму на вході підсилювача;

и - Збільшення амплітудних значень напруги і струму на

виході підсилювача, викликані зміною опору навантаження.

Розглянемо основні характеристики підсилювачів.

амплітудна характеристика - Це залежність амплітуди вихідної напруги (струму) від амплітуди вхідної напруги (струму) (рис. 9.2). Точка 1 відповідає напрузі шумів, вимірюваній при Uвх= 0, точка 2 - мінімального вхідній напрузі, при якому на виході підсилювача можна розрізняти сигнал на тлі шумів. Ділянка 2-3 - це робоча ділянка, на якому зберігається пропорційність між вхідним і вихідним напругою підсилювача. Після точки 3 спостерігаються нелінійні спотворення вхідного сигналу. Ступінь нелінійних спотворень оцінюється коефіцієнтом нелінійних спотворень (або коефіцієнтом гармонік):

,

де U1m, U2m, U3m, Unm - Амплітуди 1-й (основний), 2, 3 і n-ої гармонік вихідної напруги відповідно.

величина характеризує динамічний діапазон підсилювача.

Мал. 9.2. Амплітудна характеристика підсилювача

Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) підсилювача - Це залежність модуля коефіцієнта підсилення від частоти (рис. 9.3). частоти fн и fв називаються нижньої і верхньої граничними частотами, а їх різниця

(fн-fв) - Смугою пропускання підсилювача.

Мал. 9.3. Амплітудно-частотна характеристика підсилювача

При посиленні гармонійного сигналу досить малої амплітуди спотворення форми посиленого сигналу не виникає. При посиленні складного вхідного сигналу, що містить ряд гармонік, ці гармоніки посилюються підсилювачем неоднаково, так як реактивні опору схеми по-різному залежать від частоти, і в результаті це призводить до спотворення форми посиленого сигналу.

Такі спотворення називаються частотними і характеризуються коефіцієнтом частотних спотворень:

,

де Кf - Модуль коефіцієнта посилення на заданій частоті.

Коефіцієнти частотних спотворень

и

називаються відповідно коефіцієнтами спотворень на нижній і верхній граничних частотах.

АЧХ може бути побудована і в логарифмічному масштабі. В цьому випадку вона називається ЛАЧХ (рис. 9.4), коефіцієнт посилення підсилювача виражається в децибелах, а по осі абсцис відкладаються частоти через декаду (інтервал частот між 10f и f).

Мал. 9.4. Логарифмічна амплітудно-частотна характеристика

підсилювача (ЛАЧХ)

Зазвичай в якості точок відліку вибирають частоти, відповідні f= 10n. Криві ЛАЧХ мають в кожній частотній області певний нахил. Його вимірюють в децибелах на декаду.

Фазо-частотна характеристика (ФЧХ) підсилювача - Це залежність кута зсуву фаз між вхідним і вихідним напругами від частоти. Типова ФЧХ приведена на рис. 9.5. Вона також може бути побудована в логарифмічному масштабі.

В області середніх частот додаткові фазові спотворення мінімальні. ФЧХ дозволяє оцінити фазові спотворення, що виникають в підсилювачах з тих же причин, що і частотні.

Мал. 9.5. Фазо-частотна характеристика (ФЧХ) підсилювача

Приклад виникнення фазових спотворень наведено на рис. 9.6, де показано посилення вхідного сигналу, що складається з двох гармонік (пунктир), які при посиленні зазнають фазові зрушення.

Мал. 9.6. Фазові спотворення в підсилювачі

Перехідна характеристика підсилювача - Це залежність вихідного сигналу (струму, напруги) від часу при стрибкоподібному вхідній дії (рис. 9.7). Частотна, фазова і перехідна характеристики підсилювача однозначно пов'язані один з одним.

Мал. 9.7. Перехідна характеристика підсилювача

Областіверхніх частот відповідає перехідна характеристика в області малих часів, області нижніх частот - перехідна характеристика в області великих часів.

інтегральні мікросхеми «-- попередня | наступна --» Зворотній зв'язок в підсилювачах
загрузка...
© om.net.ua