ГЛАВА ВТОРАЯ

УСИЛИТЕЛИ

§ 2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Усилителем называют устройство, предназначенное для увеличения параметров электрического сигнала (напряжения, тока, мощности). Усилитель (рис. 2.1) имеет входную цепь, к которой подключается усиливаемый сигнал, и выходную цепь, с которой выходной сигнал снимается и подается в нагрузку.

Основными параметрами усилителя являются коэффициент усиления по напряжению К и - = с/вых/С/вх, коэффициент усиления ПО ТОКу /0= Схвх и коэффициент усиления по

Рвых вых'вых

Рис. 2.1. К определению параметров усилителя

вх в

мощности Кр = = KuKi.

Для усилителя возможны различные значения коэффициентов усиления Ки, Ki, Кр, но принципиально то, что коэффициент усиления по мощности Кр больше (обычно существенно больше) единицы. Из этого следует обязательное условие, согласно которому больше единицы будет также один из двух других коэффициентов усиления (Ку или Ki ) или все три коэффициента, что часто и имеет место на практике. При Ки < 1 и К/ < 1 устройство потеряло бы смысл как усилитель.

Коэффициенты усиления Ки, Ki, Кр являются взаимосвязанными параметрами. Вместе с тем при расчете или выборе усилителя для конкретного случая применения предпочтение может отдаваться одному Из указанных параметров. Это зависит от того, какой параметр сигна-Ла на выходе усилителя (напряжение, ток или мощность) является определяющим. Наиболее часто им служит напряжение выходного сигнала. По этой причине в справочниках по усилителям, как правило

указывается параметр Ки.

Коэффициенты усиления Ки, Ki, Кр следует считать основнь! из большого числа параметров, характеризующих усилитель и зам сящих от его назначения. Другие параметры рассматриваются лащ по ходу изложения материала.

Классификация усилителей

Все усилители можно подразделить на два класса - с линейн! и нелинейным режимами работы.

Куеилителям с линейным режимом ра т ы (или усилителям мгновенных значений) предъявляется требоЩ ние получения выходного сигнала, близкого по форме к входноь1 Искажения формы сигнала, вносимые усилителем, должны быть нимальными. Это достигается благодаря пропорциональной переда! усилителем мгновенных значений напряжения (тока), составляют! во времени входной сигнал. Коэффициенты усиления здесь рассчит! вают по амплитудным или действующим значениям (в случае синус! идального сигнала) напряжения и тока. j

Важнейшим показателем усилителей с линейным режимом рабоя является амплитудно-частотная характеристЩ к а (АЧХ), отражающая зависимость модуля коэффициента усила ния KUt определенного для синусоидального входного сигнала, частоты. В зависимости от вида АЧХ усилители с линейным режим! работы подразделяют (рис. 2.2) на усилители медленно изменяющего^ сигнала (усилители постоянного тока - УПТ), усилители звуков частот (УЗЧ), усилители высокой частоты (УВЧ), широкополоснЩ усилители (ШПУ) и узкополосные усилители (УПУ).

Характерная особенность УПТ - способность усиливать сиги лы с нижней частотой, приближающейся к нулю (/в ->- 0). Верхн!

УСИЛИТЕЛИ

Усилители с линейным режимом работы

Усилители с нелинейным режимом райоты

УПТ

fgf f f. f

Рис. 2.2. Классификация усилителей

та частоты /в в УПТ может составлять в зависимости от назна-

границ 8 узц характеризуется частотным диапазоном от

Ч6НИ ков герц (/н) Д° 15-20 кГц (/ ). УВЧ имеют полосу пропускания ЛеСЯесятков кИЛогерц до десятков и сотен мегагерц. ШПУ имеют ниж-0Т^ границу частоты примерно такую же, как УЗЧ, и верхнюю - нЮЮувЧ. На основе ШПУ выполняются линейные импульсные усили-каК и уПУ характеризуются пропусканием узкой полосы частот. tne\ усилителях с нелинейным режимом part т ы пропорциональность в передаче мгновенных значений вход-°го сигнала отсутствует. После достижения некоторой величины наряжения входного сигнала при его увеличении сигнал на выходе усилителя остается без изменения (ограничивается на некотором уровне) Такие усилители нашли применение для преобразования входного сигнала, например синусоидального, в импульсный сигнал (усилители-ограничители). Они используются также для усиления импульсов (нелинейные импульсные усилители).

В данной главе рассматриваются преимущественно усилители с линейным режимом работы. Специфика нелинейного режима работы усилителей описана в § 3.2.

В настоящее время усилительная техника базируется на л и н е й-ных (аналоговых) интегральных микросхемах, что учитывается смысловой направленностью представленного материала.

§ 2.2. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Принцип построения усилительных каскадов

Многие усилители состоят из нескольких ступеней, осуществляющих последовательное усиление сигнала и обычно называемых каскадами. Число каскадов в таких многокаскадных усилителях зависит от требуемых значений коэффициентов усиления Ki, Ки, Кр. В зависимости от выполняемых функций усилительные каскады подразделяют на каскады предварительного усиления и выходные каскады. Каскады предварительного усиления предназначены для повышения уровня сигнала по напряжению, а выходные каскады - для получения требуемых тока или мощности сигнала в нагрузке.

Схемы усилительных каскадов характеризуются большим разнообразием. Они могут отличаться числом и режимом работы используемых транзисторов при усилении переменного сигнала. Вместе с тем принцип построения главных цепей усилительных каскадов один и тот же. Принцип построения и работы различных каскадов удобно показать на примере структурной схемы рис. 2.3, а, действитель-н°идля усилительных каскадов на одном транзисторе.

Основными элементами каскада являются управляемый элемент ° функцию которого выполняет биполярный или полевой тран-истор, и резистор R. Совместно с напряжением питания Е эти элемен-ы образуют выходную цепь каскада. Усиливаемый