РАЗДЕЛ 3. УСИЛИТЕЛИ

§1. Анализ процесса усиления электрических сигналов

Понятие об усилении электрических сигналов.

Одной из наиболее важных функций некоторых электронных приборов является

усиление электрических сигналов. Усилить электронный сигнал – это значит увеличить

его мощность.

Усиление электрических сигналов является одной из наиболее важных функций

аппаратуры связи, вещания, телевидения.

Усилителем называют устройство,

предназначенное

для увеличения параметров

электрического сигнала(напряжения, тока,

мощности).

Усилитель

электрических

сигналов

представляет собой активный четырехполюсник. К

входным

точкамьY

подключается

источник

усиливаемых сигналов с ЭДС Е1,

к выходным точкам

– потребитель усиленного сигнала,

который будем

называть нагрузкой усилительного элемента

– Rн. В

качестве усилительных элементов (УЭ) используют

биполярные и полевые

VT ,

для получения больших

мощностей

–

электронные

лампы.

В

цепь

УЭ

включается источник питания, который обеспечивает

подачу

постоянного напряжения

на

электроды

УЭ

(рис. 1).

Принципы усиления электрических сигналов.

Пусть УЭ – бип. VT, работающий в активном

режиме в схеме с ОЭ (рис. 2). На вход VT ,т.

е. на его

Эый переход,

включенный в прямом

направлении,

подадим

электрический

сигнал

Uвх.

При

этом

небольшие изменения вх. напряжения

∆Uвх

вызовут

значительные изменения вх.

тока

∆Iб.

Ток коллектора

на выходе получит, благодаря этому,

приращение

∆Iк

= ∆Iб * h21.

Этот ток вызовет на сопротивлении

нагрузки приращение напряжения Uвых = ∆Iк * Rн =

∆Iб * h21

* R

Напряжение ∆Uвых

больше,

чем напряжение

∆Uвх

= ∆I Rвх, так как сопротивление Rн > Rвх, а ток ∆Iк > ∆Iб.

Таким

образом,

схема обеспечивает усиление по току и по напряжению.

Мощность на входе Pвх

= ∆I2

Rвх,

а мощность на выходе Pвых

= ∆I2кRн, а так как ∆Iк > ∆Iб и

Rн > Rвх,

то схема обеспечивает усиление по мощности.

Аналогично можно объяснить

принцип усиления с

помощью полевого VT

и

электронной лампы. При этом в них,

работающих обычно без входных токов, управление

происходит эффективнее, благодаря тому, что у них громадное Rвх, и изменение тока на

выходе при подаче входного сигнала происходит практически в отсутствие тока на входе.

Процесс усиления электрических сигналов по мощности является процессом

преобразования мощности источника постоянного тока в мощность ~го тока, который

меняется по закону изменение поданного на вход напряжения или тока усиливаемого

электрического сигнала.

Чтобы получить на выходе требуемую полезную мощность Pвых, источник питания

должен затратить большую мощность

P , и КПД У,

безусловно, будет меньше 100%.

Существуют

приборы,

которые

могут дать на выходе усиление либо по

напряжению (например, повышающий тр-р), либо по току (понижающий тр-р). Но в этих

приборах, не происходит усиления по мощности. Вследствие потерь в тр-ре мощность на

его выходе обязательно меньше, чем на входе.

Характерная особенность эл-ых приборов,

используемых для усиления,

заключается в том,

что они всегда обеспечивают усиление входного сигнала по мощности.

Простейший анализ процесса усиления позволяет определить ряд требований,

предъявляемых к Уым

Уам:

Форма усилительного сигнала в цепи нагрузки должна совпадать с формой

поданного на вход электрического сигнала. Такое совпадение необходимо в большинстве

У.

Искажение формы сигнала на выходе У, усилительного сигнала от микрофона,

приведет к тому,

что в громкоговорителе, стоящем на выходе У, появляется искажение

звука, то же будет при искажении усиленных сигналов в У дальней телефонной связи, в

магнитофонах и т. д.

КПД д. б. большим.

Это необходимо для того, чтобы преобразование энергии источника постоянного

тока в энергию ~го

тока, повторяющего форму ~го сигнала на входе УЭ, происходило при

наименьших допустимых затратах энергии источника постоянного тока.

Точка покоя. Напряжение смещения.

Условием совпадения

~го

сост-ей тока с формой поданного на вход УЭ упр-го

напряжения является линейная зависимость между ними, графически выраженная прямой.

Статические х-ки биполярных и полевых

VTов,

как и ЭЛ, криволинейны. Поэтому

возможны искажения подобного сигнала, т. е.

появление в составе тока Iвх гармоничных и

комбинированных ч-т. Отсутствия

искажений сигнала можно добиться, используя участок

х-ки, наиболее близкий к прямой Iб.

На рис. 3,а

– это участок АВ на вх.

х-ке бип.

VT

в

схеме

с

ОЭ.

Подадим на вход

VTа ~ое

напряжение сигнала Uвх = Uвхм

* sinωt. При этом

вх.

ток

VT

будет

меняться

пропорционально

изменению напряжения входного сигнала.

Для того

чтобы при обеих п/волны

~го

напряжения. Uвх

п/волны ~ой сост-ей тока ίб не выходили за пределы

этого прямолинейного участка АВ,

на вход VTа

необходимо

подать

прямое

постоянное

напряжение UБЭО.

Точка

на

статической х-ке,

однозначно

определяемая постоянным напряжением на входе и

выходе,

называется точкой покоя. В данном случае

– точка М.

Постоянное напряжение,

которое подается на вход УЭ для выбора точки покоя,

называется напряжением смещения. У бип. VTа м.

б. задана и постоянным током на входе

– током смещения.

При “+”ой п/волне ~го

направления сигнала

Uвх

общее мгновенное напряжение на

входе VTа UБЭ

= UБЭО + Uвхм

* sinωt ↑ся и соответственно ↑ся ток Iб.