Усилительные устройства

Усиление представляет собой процесс преобразования энергии которого ее источника в результате воздействия на него сигнала, т источника энергии, называемого источником питания, потреб-1ется мощность Ро, часть которой Р^, называемая выходной мощ-ютью, в преобразованном виде передается нагрузке. Для пре-эразования мощности Ро, чаще всего в виде мощности постоянно-) тока, в мощность Р^, как правило, переменного тока затрачи-ается мощность Рь получаемая от источника сигнала и назы-аемая входной. Отсюда следует, что усиление представляет собой роцесс увеличения мощности источника сигнала. Устройство, об-адающее способностью увеличивать (усиливать) мощность источ-ика сигнала, называется усилителем (рис. 1.1). Таким образом, готъемлемым свойством усилителя является его способность зеличивать мощность сигнала, получая Р2>Р\. Это свойство не вляется определяющим при усилении напряжения или тока, при DTOpoM в общем случае и /2</2, где /1 и U2, h - со-

гветственно входные и выходные напряжения и токи (рис. 1.2).

Усипитепь

Источник питания ijcunumenR

нагрузка.

Источник сигнала

Усилитесь

Источник питания усилители

На?,рузна

ис. 1.1. Общая схема уси- Рчс 1.2. Функциональная схема усили-лительного устройства тельного устройства

Элементы, обладающие способностью усиливать, называются силительными элементами (УЭ). К их числу относятся электрон-ая лампа, транзистор, некоторые виды интегральных микросхем ИМС), дроссель насыщения (в магнитном усилителе), варикап ли вариконд (в емкостном усилителе) и другие.

Для усиления электрических сигналов преимущественно при-еняют электронные усилители, в усилительных элементах которых

используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках, т. е. в этом случае усилительными элементами являются электронные лампы и транзисторы - последние в виде дискретных приборов или ИМС.

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Тип усилителя, используемого в том или ином устройстве, зависит от назначения последнего и свойств усиливаемого сигнала.

Источник сигнала характеризуется ЭДС, изменяемой во времени по сложному закону (рис. 1.3,а). Такая ЭДС может быть разложена на гармонические составляющие, образующие дискретный спектр при периодической функции ei{t) и сплощной спектр при непериодической функции с граничными частотами /тш и

/шах (рис. 1.3,6).

Рис. 1.3. Зависимость ЭДС источника сигнала (а) и ее частотный

спектр (б)

По относительной протяженности занимаемого спектра частот сигналы можно подразделять на два вида. Сигналы первого вида характеризуются отнощением /max min>l. К ним относятся сигналы звуковой частоты, получаемые, например, от микрофона, сигналы изображения, создаваемые передающей телевизионной трубкой или фотоэлектрическим преобразователем фототелеграфного аппарата, а также сигналы, поступающие в линию от устройства многоканальной телефонной связи, и т. п.

Для сигналов второго вида, образуемых в результате модуляции несущей частоты /о и называемых радиочастотными (рис. 1.4,а), характерно отнощение fmax/fmm~l. Составляющие спектра такого сигнала сосредоточены около несущей частоты fo (рис. 1.4,6).

Для усиления сигналов первого вида используются апериодические усилители, для которых fmax/fmm>l; К НИМ ОТНОСЯТСЯ уСИ-

лители постоянного тока (УПТ), усилители звуковой частоты (УЗЧ), телевизионные усилители и др. Курс Усилительные устройства посвящен изучению усилителей этого типа. Усилители радиочастоты (УРЧ), предназначенные для усиления радиочастотных сигналов, изучаются в курсах радиопередающих и радиоприемных устройств. Назначение этих типов усилителей иллюстрируется рис. 1.5.

Сигналы принято подразделять на гармонические и импульсные. К гармоническим относят сигналы, для которых допустимо неодинаковое смещение во времени отдельных составляющих спектра частот при прохождении их через усилитель (рис. 1.6). В частном случае гармонический сигнал содержит одну составляю-

1007f,Krn

Рис. 1.4. Временная диаграмма ЭДС (а) и частотный спектр {б) модулированного сигнала

Шую. К таким сигналам относят сигналы звуковой частоты, восприятие которых нащими органами слуха слабо зависит от того, как смещаются во времени отдельные составляющие спектра частот.

Усипитель

збукобой

частоты

f +f

Тд-Т

Рис. 1.5. Структурные схемы радиопередающего (а) и радиоприемного {б) устройства

Под импульсными сигналами понимают такие, для которых временное смещение отдельных составляющих спектра частот при их передаче оценивается как искажение. К ним относят сигналы