Гершунский с.233
Основные технические характеристики усилителей
Важнейшими техническими показателями усилителя являются:
коэффициенты усиления (по напряжению, току и мощности), входное и выходное сопротивления, выходная мощность, коэффициент полезного действия, номинальное входное напряжение (чувствительность), диапазон усиливаемых частот, динамический диапазон амплитуд и уровень собственных помех, а также показатели, характеризующие нелинейные, частотные и фазовые искажения усиливаемого сигнала.
Коэффициенты усиления. Коэффициентом усиления по напряжению или просто коэффициентом усиления К, называется величина, показывающая, во сколько раз напряжение сигнала на выходе усилителя больше, чем на его входе:
К
=
.
Значение коэффициента усиления К у различных усилителей напряжения может иметь величину порядка десятков и сотен. Но и этого в ряде случаев недостаточно для получения на выходе усилителя сигнала требуемой амплитуды. Тогда прибегают к последовательному включению ряда усилительных каскадов:
К = К1∙ К2∙ Кn.
Коэффициент усиления представляет собой безразмерную величину. Учитывая, что в современных усилительных схемах коэффициент, выраженный в безразмерных единицах, получается довольно громоздким числом, в электронике получил распространение способ выражения усилительных свойств в логарифмических единицах – децибелах (дБ). Коэффициент усиления, выраженный в децибелах, равен
К
=
20lg
= 20lgК
Обратный переход от децибел к безразмерной величине производится при помощи выражения
К
=
.
Если
принять К
=
1, то
К
=
=10
=
1,12.
Следовательно, усиление равно одному децибелу, если напряжение на выходе усилителя в 1,12 раза (на 12%) больше, чем напряжение на входе. Коэффициент усиления многокаскадного усилителя, выраженный в децибелах, представляет собой сумму коэффициентов усиления отдельных каскадов усиления, выраженных в тех же единицах:
20lgК = 20lgК1 + 20lgК2 + …+20lgКn
Кроме коэффициента усиления по напряжению, пользуются коэффициентами усиления по току и по мощности, которые также могут быть выражены в децибелах. Например, если мощность сигнала на входе усилителя имела значение Рвх, а затем повысилась до Рвых, то коэффициент усиления по мощности в децибелах можно найти по формуле
.
Следует помнить, что для перехода к децибелам при логарифме отношения мощностей ставится множитель 10, а при логарифме отношения напряжений или токов ставится множитель 20. Это объясняется тем, что мощность пропорциональна квадрату напряжения или квадрату тока
.
Входное и выходное сопротивления
Усилитель можно рассматривать как активный четырехполюсник, к входным зажимам которого подключается источник усиливаемого сигнала, а к выходным сопротивление нагрузки. На рисунке показана одна из возможных эквивалентных схем усилительного каскада. Источник входного сигнала показан в виде генератора напряжения с э.д.с. Евх, имеющего внутреннее сопротивление Rг. Со стороны выхода усилитель представлен в виде генератора напряжения с э.д.с. Евых и внутренним сопротивлением Rвых. Усилитель одновременно является нагрузкой для источника сигнала и источником сигнала для внешней нагрузки Rн, причем нагрузкой усилителя может быть не только оконечное устройство (потребитель), но и вход следующего каскада усилителя.
Входное сопротивление усилителя в любом случае представляет собой сопротивление между входными зажимами усилителя. Оно равно
Выходное сопротивление Rвых определяют между выходными зажимами усилителя при отключенном сопротивлении нагрузки Rн.
В зависимости от соотношения внутреннего сопротивления источника Rг и входного сопротивления усилителя Rвх источник сигнала может работать в режиме:
холостого хода (Rвх >> Rг), короткого замыкания (Rвх << Rг), согласования (Rвх ≈ Rг).
Аналогичные режимы работы возможны и для выходной цепи:
(Rн >> Rвых) – холостой ход; (Rн << Rвых) – короткое замыкание; (Rн >> Rвых) – согласование.
В соответствии с этим различают как для входной, так и для выходной цепи режимы усиления напряжения, тока и мощности.