3) По функциональному назначению - усилители напряжения, усилители тока и усилители мощности в зависимости от того, какой из параметров усилитель усиливает.

Характеристики усилителей.

Основным количественным параметром усилителя является коэффициенты усиления. В зависимости от функционального назначения усилителя различают коэффициенты усиления по напряжению Ки, току Ki или мощности Кр:

Л(/ = и_вых 'Ugx , К] — 1_вых /lex > К.Р⁼Рвых /Рвх ,

где Ugx, lex - амплитудные значения переменных составляющих соответственно

напряжения и тока на входе;

Ueta, 1вых - амплитудные значения переменных составляющих соответственно напряжения

и тока на выходе;

Рвх, Р«ых - мощности сигналов соответственно на входе и выходе. Коэффициенты

усиления часто выражают в логарифмических единицах -децибелах:

Ки(дБ)= 201gKu; K,№)=201gK,.; K^E)=101gK_P.

Усилитель может состоять из одного или нескольких каскадов. Для многокаскадных усилителей его коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных его каскадов; К = Ki * К; *... *К„.Если коэффициенты усиления каскадов выражены в децибелах, то общий коэффициент усиления равен сумме коэффициентов усиления отдельных каскадов:

К (дБ) — К,(дБ) + К₂(дБ) +... + К_п(дБ).

Обычно в усилителе содержатся реактивные элементы, в том числе и «паразитные», а используемые усилительные элементы обладают инерционностью. В силу этого коэффициент усиления является комплексной величиной.

Помимо коэффициента усиления важным количественным показателем является коэффициент полезного действия

Ц ⁼ "вых fiucm > Где Г ист '

мощность, потребляемая усилителем от источника питания.

Роль этого показателя особенно возрастает для мощных, как правило, выходных каскадов усилителя.

К количественным показателям усилителя относятся также входное ^ и выходное К*ш сопротивления усилителя:

Rex ⁼ Uex /lex > Квых ⁼ И &вых I ' I ^esx \

где Uex, I«x - амплитудные значения напряжения и тока на входе усилителя;

Л Удых, Algsx - приращения амплитудных значений напряжения и тока на выходе

J

Операционный усилитель.

В настоящее время широко начинают использоваться готовые функциональные узлы в виде интегральных микросхем (ИМС). Схемные решения ИМС тщательно проработаны и обеспечивают высокое качество аппаратуры. Разработаны универсальные микросхемы, которые можно применять в качестве различных функциональных узлов. Одной из таких ИМС является операционный усилитель (ОУ). ОУ имеет чрезвычайно высокий коэффициент усиления по напряжению (десятки и даже сотни тысяч), большое входное сопротивление (сотни кОм), малое выходное сопротивление (десятки - сотни Ом). Он усиливает широкий спектр частот, вплоть до постоянной составляющей. Схемное обозначение ОУ приведено на рис. 2.

Рис.2. Схема ОУ.

Недостатки ОУ:

1. Коэффициент усиления ОУ Ко меняется от экземпляра к экземпляру в очень широких пределах. Например, для ОУ серии К153УД1 К_и = 20000 ♦ 80000.

2. Коэффициент усиления Ки сильно зависит от температуры окружающей среды. Это обусловлено зависимостью от температуры коэффициента передачи тока базы транзисторов -р\

Такая нестабильность Ки сильно затрудняет применение ОУ непосредственно в качестве усилителя. Значительно уменьшить недостатки ОУ позволяет применение ОС. Схема ОУ с ОС приведена на рис.3. Входной сигнал подается на прямой вход ИМС. С выхода ОУ напряжение ОС через делитель R1R2 поступает на инвертирующий вход ОУ. Выходное напряжение ОУ представляется разностью и_м -Uoc- Такая ОС называется отрицательной ОС (ООС).

_и

и.

4	J			**%
КГ	4—			н
1		>.		Uoc	•

пых

Рис. 3. Схема ОУ с ООС.

Введение ООС в схему ОУ позволяет повысить стабильность коэффициента усиления, расширить линейный участок передаточной характеристики и снизить искажения при передаче сигналов большой амплитуды.

х

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ.

В современной радиоэлектронной аппаратуре предъявляются разнообразные. подчас весьма высокие, требования к качеству питающего напряжения. От правильного выбора и расчета источника питания зависят надежность, массово габаритные показатели. стоимость и КПД комплекса радиоэлектронной аппаратуры. В настоящее время разработано огромное количество типовых схем источников питания, эти схемы постоянно совершенствуются с целью повышения качества питающего напряжения, уменьшения габаритно-массовых показателей, стоимости изделия.

Все средства электропитания можно разделить на первичные и вторичные. К первичным обычно относят такие средства, которые преобразуют неэлектрическую энергию в электрическую. например, электромеханические генераторы, электрохимические источники — аккумуляторы или гальванические элементы, фотоэлектрические генераторы солнечные батареи и фотоэлементы,

термоэлектрические источники и др. Непосредственное использование первичных источников затруднено тем, что их выходное напряжение в большинстве случаев не поддается регулировке, а стабильность его недостаточно высокая. Однако для питания электронной аппаратуры в большинстве случаев требуется высокостабильное напряжение с различными номинальными значениями — от единиц вольт до нескольких сотен вольт, а в ряде случаев даже выше. По этой причине любое электронное устройство содержит вторичный источник электропитания, который подключается к одному из первичных источников.

Средства вторичного электропитания электронных устройств, называемые обычно источниками вторичного электропитания (ИВЭП) предназначены для формирования необходимых для работы электронных элементов напряжений с заданными характеристиками. Они могут быть выполнены в виде отдельных блоков или входить в состав различных функциональных электронных узлов. Их основной задачей является преобразование энергии первичного источника в комплект выходных напряжений. которые могут обеспечить нормальное функционирование электронного устройства.

В состав ИВЭП, кроме самого источника питания, могут входить дополнительные устройства, которые обеспечивают его нормальную работу при различных внешних воздействиях. ИВЭП включается между первичным источником и нагрузкой, поэтому на него воздействуют различные факторы, связанные с изменениями характеристик, как первичного источника, так и нагрузки. Так. например, при увеличении или понижении напряжения первичного источника ИВЭП должен обеспечивать нормальное функционирование питаемой им электронной аппаратуры.

Устройство управления и контроля, входящее в состав ИВЭП, может быть использовано для изменения характеристик ИВЭП при различных сигналах внешнего или внутреннего управления: дистанционного включения или выключения, перевода в ждущий режим, формирования сигналов сброса и др.

В то же время устройство защиты и коммутации позволяет сохранить работоспособность ИВЭП при возникновении различных нестандартных режимов: короткого замыкания в нагрузке, ее внезапного отключения, резкого повышения окружающей температуры и др. Эти дополнительные устройства могут быть обеспечены собственными источниками электропитания, включая резервные аккумуляторы или гальванические элементы.

Применение усилителей.

Усилители применяются во многих областях современной науки и техники. Особенно широкое применение усилители имеют в радиосвязи и радиовещании, радиолокации. радионавигации, радиопеленгации, телевидении, звуковом кино, дальней проводной связи, технике радиоизмерений, где они являются основой построения всей аппаратуры.

"

Кроме указанных областей техники, усилители широко применяются в телемеханике. автоматике, счетно-решающих и вычислительных устройствах, в аппаратуре ядерной физики, химического анализа, геофизической разведки, точного времени, медицинской, музыкальной и во многих других приборах.

ВЫБОР СХЕМЫ УНЧ.

Сравним схемы усилителей.

Выбор той или иной схемы обусловлен параметрами питающей сети, конструктивными особенностями устройства, температурным диапазоном работы, сроком службы, гарантированной надежностью и перечнем разрешенных к применению или имеющихся в распоряжении разработчика элементов. Выбор схемы удовлетворяющей поставленным требованиям, является задачей, имеющей множество решений, вместе с тем оптимальной по заданному критерию может быть только одна схема.

Есть несколько способов реализации усилителя. Очень долгое время используются усилители на основе биполярных и полевых транзисторах. В зависимости от способа включения усилительного элемента различают схемы (для биполярного транзистора): схемы с общим коллектором, с общим эмиттером и с общей базой. Если используется полевой транзистор: схемы с общим стоком, с общим истоком и с общим затвором. Некоторые схемы изображены на рисунке 4.:

Гг

/

_{. * *¥,.. W}

_{1 »}

Рис.4 Рассмотрим схему С общим эмиттером - рисунок 5.

Рис.5

£D

В качестве усилительного элемента в схеме используется биполярный транзистор п - р - п типа. Источник питания Е_к связан с коллектором транзистора через сопротивление нагрузки R*. Входной сигнал подается на базу транзистора. Его параметры определяют напряжение tig, и ток i<>. Выходной сигнал снимается с участка коллектор - эмиттер транзистора и определяется напряжением и_ю. Схема имеет свои недостатки: малое входное и большое выходное сопротивления, зависимость коэффициента усиления от параметров нагрузки. В большой степени от этих недостатков освобожден дифференциальный усилитель.

Наилучшей же схемой для построения усилителя является схема на основе ОУ, которая реализуется на основе интегральных микросхем. У ОУ пять основных выводов: два для подключения питания, два для подачи входных сигналов и один для снятия выходного сигнала. Один из входов называют неинвертирующим. При подаче сигнала на этот вход выходной сигнал имеет ту же фазу, что и входной. Второй вход ОУ инвертирующий. Полярность выходного сигнала противоположна полярности сигнала, поданного на этот вход.