Усилители и генераторы на транзисторах

1. Общие сведения

Усилители электрического сигнала представляют собой устройства для его усиления по напряжению, току или мощности за счет преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Как иллюстрируется структурной схемой на рис.2.1, усилители имеют входную цепь, к которой подключается источник усиливаемого сигнала, выходную цепь, к которой подключается нагрузка, потребитель усиленного сигнала, а также цепь питания, к которой подключается источник, за счет энергии которого происходит усиление сигнала. Характер усиливаемого сигнала определяется его источником. Преобразование энергии источника питания под действием входного сигнала осуществляется за счет управляемого нелинейного элемента, на базе которого строится усилитель. В транзисторных усилителях в качестве такого элемента используются транзисторы.

Рисунок 2.1. Структурная схема усилителя

Основными параметрами усилителя являются:

- коэффициент усиления по напряжению

K_u = ,

где U_вх иU_вых – напряжения на входе и выходе усилителя (см. рис.2.1),

- коэффициент усиления по току

K_I = ,

где I_вх иI_вых –токи на входе и выходе усилителя;

- коэффициент усиления по мощности

K_р = = = K_u K_I,

где Р_вх иР_вых – входная и выходная мощности.

Усилители могут работать либо в линейном, либо в нелинейном режимах. В линейном режиме мгновенные значения выходного напряжения пропорциональны мгновенным значениям входного напряжения, а, следовательно, при усилении не вносятся искажения в спектр входного сигнала. В нелинейном режиме пропорциональность между мгновенными значениями выходного и входного напряжений отсутствует и спектр выходного сигнала не совпадает со спектром входного.

По диапазону усиливаемых частот усилители разделяют на усилители постоянного тока (УПТ), предназначенные для усиления сигнала, уровень которого медленно изменяется во времени, и усилители переменного тока, которые в свою очередь подразделяются на усилители низкой частоты, усилители высокой частоты, а также на широкополосные и узкополосные усилители. Частотные свойства усилителя определяются по амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристикам, т.е. частотным зависимостям коэффициента усиления и изменения фазы сигнала при его усилении.

По виду усиливаемого сигнала усилители делятся на усилители аналоговых и импульсных сигналов. В общем случае в самом усилителе происходят переходные процессы, приводящие к искажению сигнала при его усилении. Влияние этих искажений при усилении аналогового сигнала мало, поскольку параметры такого сигнала изменяются в течение времени существенно медленнее переходных процессов в усилителе. Одной из важных проблем, которые должны решаться при создании импульсных усилителей, является сведение к минимуму искажений сигнала при его усилении.

Анализ работы аналогового усилителя гармонического сигнала является более простым по сравнению с анализом работы импульсного усилителя. В последнем случае используется частотный метод, при котором усиливаемый сигнал представляется набором гармонических составляющих и рассматривается процесс усиления отдельных гармоник, а затем оценивается суммарный результат. Такой подход возможен при работе усилителя в линейном режиме, где можно использовать принцип суперпозиции. Очевидно для усиления импульсных сигналов должны использоваться широкополосные усилители.

Генераторы, как усилители, являются преобразователями энергии источника постоянного напряжения в энергию выходного сигнала определенного спектра. Однако это преобразование происходит без подачи входного сигнала от внешнего источника. Поэтому в генераторе имеются лишь клеммы для подключения источника постоянного напряжения и вывода выходного сигнала.