Краткие теоретические сведения.

2.1. Общие понятия

Усилитель это устройство, осуществляющее однозначное и непрерывное преобразование электрических сигналов малой величины в сигналы значительно большие по величине. Усилители широко применяются при измерении электрических и неэлектрических величин, при контроле и автоматизации технологических процессов и т.д.

Любой усилитель, структурная схема которого изображена на рисунке 1, имеет входную и выходную цепи, к которым подключается источник сигнала EГ, нагрузочное устройство RН, источник питания ИП и усилительный элемент УЭ (транзистор, микросхема). Процесс усиления связан с преобразованием энергии источника питания в энергию выходного сигнала усилителя.

Рис.1

2.2 Основные параметры и характеристики усилителей.

2.2.1 Коэффициент усиления.

Коэффициент усиления по напряжению К, в общем случае является комплексной величиной, т.к. входные и выходные сигналы переменные. На практике часто используют К в виде отношения модулей (амплитуды, действующих значений) выходного и входного сигналов

. (1)

2.2.2 Амплитудная характеристика

Эта характеристика (Рис.2) определяет зависимость амплитуды выходного напряжения усилителя от изменения амплитуды напряжения на входе Um.вых= f(Um.вх). Линейный участок аб соответствует пропорциональной зависимости этих напряжений, которые связаны между собой коэффициентом усиления усилителя К, постоянным на этом участке. Участок аб является рабочим участком усилителей. Участок амплитудной характеристики выше точки б является нелинейным и не используется при работе усилителей.

Рис.2.

2.2.3 Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ).

Эта характеристика усилителя отражает зависимость модуля коэффициента усиления К от частоты входного сигнала f. На рисунке 3 приведена наиболее часто встречающаяся АЧХ. На ней можно выделить рабочую область усилителя, лежащую между верхней fвг и нижней fнг граничными частотами усилителя, в которой коэффициент усиления усилителя К постоянен.

Обычно измеряют , (2)

где К0 - коэффициент усиления на средних частотах.

Область частот f = fвг- fнг называется полосой пропускания усилителя.

У большинства усилителей f = (105 - 107)Гц и поэтому они называются широкополосными.

Рис.3

2.3. Многокаскадные усилители

Такие усилители применяются для получения большого коэффициента усиления. Структурная схема усилителя приведена на рисунке 4 и содержит n однокаскадных усилителей (например, УОЭ).

Рис.4

Коэффициент усиления такого усилителя равен

. (3)

Между каскадами усилителей включены конденсаторы СС1, СС2,..., СCn, исключающие их взаимное влияние по постоянному току. Междукаскадная связь называется RC связью, где в качестве R принимается входное сопротивление последующего каскада усилителя.

Рассмотрим влияние емкости СC1 на амплитудно-частотную характеристику усилителя. Согласно II закона Кирхгофа для электрической цепи межкаскадной связи можно записать уравнение , представляющее собой векторную сумму (Рис.5а).

а) б)

Рис.5

Так как выходное напряжение первого каскада определяется характеристиками этого каскада, то для цепи межкаскадной связи оно постоянно Пусть величина емкости возрастает, Х_с1 = 1/С_с1 падает, также уменьшается, последнее приводит к увеличению (Рис.5б) и общего коэффициента усиления .

Условно можно представить этот процесс с помощью диаграммы:

Х_с1 .

Так как увеличение существенно влияет на изменение Х_с1 на низких частотах, то увеличение коэффициента усиления будут наблюдаться в низкочастотной области амплитудно-частотной характеристики усилителя (Рис.6 кривая б). При уменьшении коэффициент усиления на низких частотах падает (Рис.6 кривая а).

Рис.6