2. Усилители переменного и постоянного тока

2.1. Классификация и основные параметры электронных усилителей

2.1.1. Классификация эу

Существует несколько способов классификации усилителей. Мы будем рассматривать только электронные усилители, которые, в свою очередь, классифицируются по следующим параметрам.

1. По усиливаемому параметру (величине) электрического сигнала: ЭУ напряжения, тока или мощности.

Следует заметить, что любой усилитель (напряжения или тока) является усилителем мощности, которую можно получить на выходе при большом напряжении и малом токе, так и наоборот – большом токе и малом напряжении. Очевидно, что такая классификация усилителей определяется по наиболее выраженной отдаче в нагрузку соответственно напряжения, тока или мощности.

Следует также помнить, что повышать величину тока или напряжения возможно и с помощью трансформатора, однако, в отличие от усилителя трансформатор мощность не усиливает, а является лишь преобразователем напряжения или тока при неизменной мощности.

2. По полосе и значению усиливаемых частот входного сигнала: усилители постоянного тока (УПТ), усилители низкой, высокой, промежуточной частот (УНЧ, УВЧ, УПЧ), а также узкополосные и широкополосные усилители (УПУ и ШПУ).

Так как полоса усиливаемых частот определяется видом нагрузки (резонансный контур или резистивная нагрузка), то в этой классификационной группе ЭУ различают резонансные и апериодические усилители.

3. По характеру и виду усиливаемого сигнала: ЭУ непрерывных сигналов (гармонических или квазигармонических, у которых сигнал медленно меняется во времени) и ЭУ импульсных сигналов, в которых импульсный сигнал прямоугольный, пилообразный и других форм меняется во времени настолько быстро, что форма выходного сигнала полностью определяется процессом установления колебаний в усилителе, т.е. переходным процессом.

4. По виду используемого усилительного прибора: ламповые, транзисторные, тиристорные, квантовые, парамагнитные (на СВЧ вакуумных приборах – клистронах, магнетронах, лампах бегущей волны – ЛБВ) и другие.

5. По виду амплитудной характеристики (зависимости выходного напряжения или тока от входной величины): линейные, логарифмические, усилители – ограничители и т.д.

Существует и ряд других классификаций внутри перечисленных классификационных групп, отражающих схемы включения УП и режимы его работы, например, усилители с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК), функционирующие в режимах А, В, АВ, С и других режимах. А также усилители с обратной связью, распределённым усилением т.д.

Для полной характеристики усилителя обычно используют совместные признаки, например, транзисторный усилитель мощности низкой частоты на БПТ по схеме с ОЭ.

2.1.2. Параметры эу

Основными параметрами ЭУ являются: усилительные, частотные, предельные, шумовые, параметры нелинейных искажений.

Усилительными параметрами являются коэффициенты усиления по напряжению, току или мощности, определяемые соответственно

Из частотных параметров одним из главных в усилителях является диапазон усиливаемых частот, определяемый полосой пропускания усилителя, в пределах которой усиление падает от среднего (номинального) значения на допустимую величину (обычно в 1,7 раза), определяемую назначением усилителя. Этот параметр определяется по т.н. амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) – зависимости коэффициента усиления (или выходного напряжения) от частоты усиливаемого сигнала.

Примеры АЧХ некоторых видов усилителей представлены на рис.76. Видно, что в области средних частот усиление не зависит от частоты. Форма АЧХ зависит от вида нагрузки, усиливаемых свойств УП и схемы усилителя

Рис. 76. Примеры АЧХ

Предельные параметры: допустимые максимальные значения входного сигнала (при заданном коэффициенте усиления) и напряжения источника питания. Эти параметры зависят от типа УП и схемы его включения.

Шумовые параметры: коэффициент шума или уровень собственных шумов, создаваемый на выходе усилителя и мешающий усилению слабых сигналов. Шумы определяются физикой усилительных приборов.

Параметры нелинейных искажений: в различных усилителях имеют разные наименования. В УНЧ для оценки нелинейных искажений обычно используют т.н. коэффициент гармонических составляющих, определяющий наличие в выходном сигнале частотных составляющих (гармоник), кратных частоте усиливаемого сигнала и искажающих форму полезного входного сигнала. В УНЧ это воспринимается непосредственно ухом как искажение передаваемого звука, а в УВЧ нарушается достоверность слабой полезной информации, нуждающейся в усилении и качеством её воспроизведении.

В УВЧ в качестве параметров нелинейных искажений часто используют коэффициенты (параметры) отдельных гармонических или комбинационных составляющих (например, второго, третьего и т. д. порядков), имеющих наибольший уровень на выходе усилителя.

В современных УВЧ высокое качество электрических параметров достигается за счёт максимальных значений коэффициента усиления и полосы усиливаемых частот при минимальных шумах и нелинейных искажениях, а также минимальном потреблении энергии от источника питания.