РАЗДЕЛ II

ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ

Глава И. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЕЙ

Наиболее важное назначение электронных приборов - усиление электрических сигналов. Устройства, предназначенные для выполнения этой задачи, называются электронными усилителями.

Усилительные устройства находят очень широкое применение. Они являются основными узлами различной электронной аппаратуры, широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, в следящих, управляющих и регулирующих системах, счетно-решающих и вычислительных машинах, контрольно-измерительных приборах н т. д.

Рассмотрим наиболее типичные и распространенные схемы электронных усилителей, собранных на полупроводниковых приборах (биполярных и полевых транзисторах, туннельных диодах). Однако, прежде чем приступить к рассмотрению схемных особенностей усилителей, необходимо выяснить следующие вопросы:

/. По каким признакам классифицируют современные усилители?

2. Какими техническими показателями характеризуются усилители? Какое значение имеют эти показатели для оценки свойств той или иной усилительной схемы?

11.1. КЛАССИФИКАЦИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ

Классификация усилителей может быть произведена по нескольким признакам: по характеру усиливаемых сигналов (усилители гармонических сигналов, импульсные усилители н т. д.), по роду усилительных элементов (транзисторные, ламповые), по назначению, числу каскадов, роду электропитания и другим показателям. Однако одним из наиболее существенных классификационных признаков является диапазон частот электрических сигналов, в пределах которого данный усилитель может удовлетворительно работать.

По этому признаку различают следующие основные типы усилителей:

1. Усилители низкой частоты (УНЧ), предназначенные для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный спектр которых лежит в пределах от десятков герц до десятков кило-

герц-*-. Характер1]ой особенностью УНЧ является то, что отнон)ение верхней усиливаемой частоты (/) к нижней (/д) у усилителей данного типа велико и обычно составляет не менее нескольких десятков, доходя в отдельных случаях до десятков тысяч.

2. Усилители постоянного тока (УПТ) (точнее, усилители медленно меняющихся напряжений и токов), усиливающие электрические сигналы в диапазоне частот от нуля (/ц = 0) до высшей рабочей частоты f, составляющей нередко десятки и сотни килогерц. Эти усилители широко применяются в измерительной аппаратуре, устройствах автоматики и вычислительной техники. Они позволяют" усиливать как переменные составляющие сигнала, так и его постоянную составляющую.

3. Р1$бирательные {или селективные) усилители, усиливающие сигналы в очень узкой полосе частот. Для них характерна небольшая

величина отношения верхней частоты к нижней (обычно 4<cl,lV

Эти усилители могут использоваться как иа низких, так н иа высоких частотах и выступают в качестве своеобразных частотных фильтров, позволяющих выделить (или подавить) заданный диапазон частот электрических колебаний. Узкая полоса частотного диапазона во многих случаях обеспечивается применением в качестве нагрузки таких усилителей одного или нескольких колебательных (резонансных) контуров. В связи с этим избирательные усилители часто называют резонансными, или полосовыми:

Широкополосные усилители, усиливающие очень широкую полосу частот (от нескольких килогерц н ниже до нескольких мегагерц и выше). Эти усилители предназначены для усиления сигналов в устройствах импульсной связи, радиолокации и телевидения. Во многих случаях усиленные сигналы воспроизводятся на экране электроннолучевой трубки и регистрируются визуально. Поэтому часто широкополосные усилители называют видеоусилителями. Помимо своего основного назначения, эти усилители с успехом используются также в устройствах автоматики и вычислительной техники.

И.2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗ.\ТЕЛИ УСИЛИТЕЛЕЙ

Важнейшими техническилш показателялш усилителя являются: коэффициенты усиления (по напряжению, току и мощности), входное и выходное сопротивления, выходная мощность, коэффициент полезного действия, номинальное входное напряжение (чувствительнссть), диапазон усиливаемых частот, динамический диапазон алтлитуд и

Строго говоря, полоса частот УНЧ ограничена диапазоном звуковых частот (от 20 Гц до 20 кГц). Свое название эти усилители получили в начале развития усилительной техники, когда они использовались главным образом в аппаратуре радиовещания, радиосвязи, проводной связи, записи и воснроизвсдсния звука и т. п. В настоящее время сфера применения УНЧ значительно расширилась. Онн с успехом используются в самых разнообразных электронных устройствах, не связанных непосредственно со звукоусилением, в связи с чем их рабочий частотный диапазон во многих случаях НС соответствует звуковому диапазону. Тем не менее термины «усилитель низкой частоты», «усилитель звуковой частоты» все еще являются весьма распространенными.

уровень собственных помех, а также показатели, характеризующие нелинейные, частотные и фазовые искажения усиливаелюго сигнала.

Коэффициенты усиления. Коэффициентом усиления по напряжению, или просто коэффициентом усиления К, называется величина, показы-

выходе усилителя

(11.1)

Рис. 11.1. Структурная схема усилителя:

вающая, во сколько раз напряжение сигнала иа больше, чем на его входе:

А, - -jj .

Значение коэффициента усиления К у различных усилителей напряжеиня может иметь величину порядка десятков и сотен. Но и этого в ряде случаев недостаточно для получения иа выходе усилителя сигнала требуемой амплитуды. Тогда прибегают к последовательному включению ряда усилительных каскадов (рис. 11.1). Для многокаскадных усилителей обш;ий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов

K = KiK2 Кп- (11.2)

Для структурной схемы усилителя, приведенной на рис. 11.1,

К = -

выхЗ

Легко проверить, что

вым!

вьтх2

выхЗ

выхЗ

вых!

вык2

Т. е. справедливость формулы (11.2) доказана.

Коэффициент усиления, вычисленный по формуле (11.1), представляет собой безразмерную величину. Учитывая, что в современных усилительных схемах коэффициент усиления, выраженный в безразмерных единицах, получается довольно громоздким числом, в электронике получил распространение способ выражения усилительных свойств в логарифмических единицах - децибелах (дБ). Коэффициент усиления, вырал4:еиный в децибелах, равен

iдБ-20Ig

= 20 ]gK.

(11.3)

Обратный переход от децибел к безразмерному числу производится при помощи выражения

/С - 10 . (11.4)