13. Усилители электрических сигналов. Основные параметры и характеристики усилителя.

Усилителем электрических сигналов называют устройство, которое позволяет при наличии на его входе сигнала с малым уровнем мощности получить на нагрузке, включенной на выходе, тот же сигнал, но со значительно большим уровнем мощности. Мерой величин сигналов на входе и выходе может быть также величина напряжения или тока. В соответствии с обширной областью применения существует большое число типов усилителей, отличающихся тем или иным признаком (телевизионные, локационные, измерительные и т.д.). Однако усилители, предназначенные для совершенно различных целей, могут быть одинаковыми или очень близкими по устройству. Поэтому классификация усилителей по их применению в той или иной области дает мало сведений об их свойствах и особенностях Обычно усилители классифицируют по диапазону и величине усиливаемых частот, виду активных элементов, назначению усилителя и по характеру входного сигнала.

По диапазону и величине усиливаемых частот различают:

1. Усилители постоянного тока (УПТ) – усилители для усиления сигналов, частота которых может изменяться от 0 до некоторой частоты f_в (обычно не очень большой) (рис.1.2,а). Существенной особенностью этих усилителей является способность усиливать сигналы постоянного тока.

2

f

. Усилители низкой частоты (УНЧ) – усилители сигналов переменного тока с частотами от нижней частоты f_н (обычно в пределах 50  300 Гц) до верхней частоты f_в (рис.1.2,б). Для воспроизведения речи и музыки f_в составляет 10  20 кГц.

3. Усилители высокой частоты (УВЧ) – усилители радиосигналов, частоты которых сосредоточены в узком диапазоне около центральной частоты f₀ (рис.1.2,в), f₀ составляет сотни килогерц и выше. Для УВЧ характерным является условие f_в - f_н  f₀ или f_в  f_н  1. Они составляют группу избирательных (селективных) усилителей и находят широкое применение в радиоприемных устройствах.

4. Широкополосные усилители – усилители сигналов с частотами от f_н  0 (как правило, f_н составляет единицы или десятки Гц) до f_в, достигающей десятков мГц.

По назначению усилители подразделяются на усилители напряжения, тока и мощности. Если основной задачей является усиление напряжения до необходимой величины, то усилители относятся к усилителям напряжения. Если основное условие – усиление тока до необходимой величины, то усилители считаются усилителями тока. Усилителями мощности называют выходные (оконечные) каскады, способные отдать в нагрузку заданную мощность.

По характеру входного сигнала усилители подразделяются на усилители непрерывных сигналов и усилители импульсных сигналов.

Коэффициент усиления

Коэффициент усиления показывает, во сколько раз полезный эффект в нагрузке на выходе усилителя больше эффекта на входе, создаваемого источником сигнала. В соответствии с тем, что является основным при усилении, усилитель характеризуется коэффициентом усиления напряжения K_u, тока K_i и мощности K_p. Они определяются в установившемся режиме при гармоническом сигнале на входе. .

Коэффициент усиления по напряжению – отношение выходного напряжения к входному :

Коэффициент усиления по току – отношение выходного тока ко входному току :

В усилительной технике для оценки коэффициентов усиления применяют специальную единицу – децибел:

K_{p (дб)} = 10  lgK_p;

K_{u (дб)} = 20  lgK_u;

Ki _(дб) = 20  lgK_i; (1.4) K_{i (дб)} = 20  lgK_i..

Часто усилитель состоит из нескольких каскадов (если усиление одного каскада мало): выходной сигнал первого каскада включается на вход второго и т.д. Тогда результирующий коэффициент K⁽ⁿ⁾ n-каскадного усилителя равняется произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов:

. (1.5)

Результирующий коэффициент усиления в децибелах равен сумме коэффициентов отдельных каскадов, выраженных в децибелах:

.