Основные технические показатели электронных усилителей и их характеристики

Дата: 2013-02-13 | Рубрика: Электроника | Комментариев: нет

Усилитель под усиление определенного сигнала

Электрический сигнал – это изменение тока и напряжения в соответствии с  передаваемой информацией, которая может быть закодирована в изменении одного или нескольких параметров тока или напряжения.

Усилитель – это устройство, усиливающее по мощности напряжение или ток, а с точки зрения принципа работы – это управляющий преобразователь электрических источников питания постоянного тока в ИП усиленного сигнала. Для управления используется небольшая частота источника сигнала.

Закон изменения Uвых и Iвых усилителя в идеале должен повторять закон изменения ЭДС источника сигнала eи(t). Основной элемент усилителя – усилительный элемент (БПТ, ТГ, электронная лампа и т.д.).

Усилитель – линейный преобразователь. Кроме усилительного элемента в усилителе (У) имеются цепи для передачи энергии от источника сигнала по входному электроду усилительного элемента, от выходного электрода к нагрузке, а так же цепи питания электрода постоянного тока.

Таким образом, усилитель формально можно рассматривать как линейный 4х-полюсник, если усилительный элемент используется в пределах линейного участка динамической характеристики.

усилитель

         Для такого источника сигнала усилитель – это входное сопротивление Zвх. С точки зрения нагрузки, усилитель – эквивалентный источник. Uвых пропорционально Uвх, а значит и eи(t). Относительно eи усилитель характеризуется Iвх. Относительно нагрузки – рассматривается как эквивалентный генератор и характеризуется Iвых и eвых.

эквивалентный генератор и характеризуется Iвых и eвых.

K* в общем случае комплексный, т.к. в усилителе всегда имеются реактивности. Для разных частот, разный коэффициент: .

K(ω) - модуль коэффициента усиления на данной частоте. С другой стороны – это функция зависимости модуля от частоты.

f(ω) - сдвиг фаз (частотно зависимый) между входным и выходным напряжением, т.е. сдвиг фаз, вносимый усилителем.

Зависимость K(ω) называется АЧХ.

Зависимость f(ω) называется ФЧХ.

Основным технологическим показателем усилителя является коэффициент усиления по средней частоте (это частота w0, на которой f(ω0)=0).

 

коэффициент усиления по средней частоте

Ki0 – коэффициент усиления по току, Kp0 – коэффициент усиления по мощности. Рвх(ω0) - мощность, отдаваемая источником (не самого источника!!!). Каждый из этих коэффициентов может быть сквозным.

сквозной коэффициенИногда K отсчитывают в дБ.

K отсчитывают в дБ

Разные усилители имеют разный вид АЧХ.

АЧХ

 

Uвых

 

1)    По переменному току

2)    По постоянному току.

На частотах, при которых K→0, сигнал не усиливается. Для удобства изображения АЧХ часто используют логарифмический масштаб по оси f.

АЧХ изображают в абсолютных значениях K, но они неудобны для сравнения усилительных свойств различных усилителей по частотному диапазону, но в относительных единицах они удобны. В этом случае берут на K, а относительный коэффициент усиления Y*(ω) - это тот же К, но нормированный коэффициентом усиления на средней частоте w0.

относительный коэффициент усиления

 

Y(ω) - модуль относительного коэффициента усиления.

Очевидно, Y можно представить как: Y можно представить как

усилитель и взаимодействие

Очевидно, что если Очевидно, что если

Для снятия АЧХ: изменяем частоту генератора – f => e(f)=const.

Спектр

 

fсн – нижняя, а fсв – верхняя частоты в спектре сигнала.

Для усиления показательного сигнала годится второй усилитель, т.к. закон изменения eu(t) остаётся прежним, т.е. не будет частотных искажений.

Усилители строят под усиление определенного сигнала.

Усилитель под усиление определенного сигнала

 

Полоса частот, в пределах которой модуль коэффициента усиления изменяется не более заданной величины, устанавливаемой из практических потребностей, называется полосой пропускания усилителя.

Граничные частоты полосы пропускания называются нижней и верхней частотой полосы пропускания. Если не указывается допустимое изменение K, то допускается, что K=0,707K0, что соответствует уровню 3 дБ.

Анализ работы усилителя проводят с помощью гармонического сигнала, а свойства усилителя определяют по его частотным характеристикам.

Если в пределах полосы частот источника сигнала усилитель имеет разный коэффициент усиления, то это приводит к частотным искажениям сигнала. Частотные искажения сигнала – это искажения закона изменения выходного тока от напряжения по сравнению с законом изменения ЭДС источника сигнала от времени. Они возникают благодаря наличию реактивности в усилителе (разделительных емкостей, трансформаторов, индуктивностей, паразитных C и L). Наличие разделительных емкостей является причиной частотных искажений на низких частотах. Частотные искажения – линейные, т.к. возникают в линейной цепи.

Частотные искажения

 

Ниже приведена схема замещения для нашего случая, высокочастотная составляющая подавляется.

схема замещения

 

Для низкочастотных спектральных составляющих пренебрегают С0, т.к. оно подключено параллельно сопротивлению R, и на низких частотах XC0н)>>R.

Для высокочастотных спектральных составляющих пренебрегают Сp, т.к. оно подключено последовательно с сопротивлением R, и на высоких частотах XCpв)<<R.

Очевидно, за счет Cp создается опережение выходного напряжение относительно входящего по фазе. Действительно, UR создается током ICR.

ICR опережает UCR на 90˚, UCR является частью напряжения на полюсах => ток опережает напряжение.

За счет C0 создается отставание по фазе выходного напряжения относительно входного. UR=UC0, UC0 отстаёт от тока источника, поэтому UC0 отстаёт от напряжения на какой-то угол.

На разных частотах влияние на сдвиг фаз C0 и Cp различно по значению.

Одно из них вызывает запаздывание, а второе – опережение. На какой-то конкретной частоте мы получим результат, который определит, чьё влияние больше. На ω0 эти влияния компенсируются.

Механизм изменения соотношения между амплитудами спектральных составляющих в спектре выходного сигнала по сравнению с их амплитудами в спектре eu выглядит следующим образом. Чем больше неравномерность K  в пределах спектра сигнала, тем больше частотные искажения. М – коэффициент частотных искажений.

М – коэффициент частотных искажений.


Оставить комментарий

  • Список наук

  • Образовательные статьи