Структурные схемы усилителей

Простейший усилитель переменного тока строится по схеме усилитель напряжения УН - усилитель мощности УМ. В этом случае ИР (измерители рассогласования) и ИУ (исполнительные устройства). САУ (систем автоматического управления) являются устройствами переменного тока. Структура более сложного усилителя определяется общими правилами: усиление сигнала осуществляется на переменном токе, суммирование и корректирование - на постоянном токе. Поэтому в структуру усилителей САУ включают специальные преобразующие каскады: модуляторы (М) и демодуляторы (ДМ).

Так, при использовании в САУ в качестве источника сигнала и нагрузки элементов постоянного тока в усилителе применяют двойное преобразование сигнала. Входной сигнал постоянного тока с помощью М преобразуется в пропорциональный ему сигнал переменного тока. Промодулированный сигнал усилителя усиливается усилителем напряжения и проходит через ДМ, в котором происходит обратное преобразование усиленного по напряжению сигнала в сигнал постоянного тока. В усилителе мощности мощность выходного сигнала доводится до требуемого значения.

Использование в САУ более простых и стабильных корректирующих устройств (КУ) постоянного тока, в свою очередь, налагает требование преобразование, но в обратной последовательности. В этом случае (рис.35, в) входной сигнал переменного тока после его усиления в усилителе напряжения преобразуется в демодуляторе, а затем дифференцируется или интегрируется (в зависимости от схемы КУ) на постоянном токе. Затем М совершает обратное преобразование сигнала в переменный с последующим усилением по мощности в усилителе мощности.

Иногда двойное преобразование сигнала в усилителях переменного тока используют для исключения квадратной составляющей сигнала рассогласования. С этой целью на входе усилителя применяют ДМ, который помимо преобразователя сигнала ослабляет сигнал помехи. Свободный от помехи сигнал поступает на М и усиливается по напряжению и по мощности.

Усилительные каскады на транзистора

Усилителем называется устройство, предназначенное для преобразования электрических сигналов. Мощность электрических сигналов, поступающих с выхода усилителя в цепь нагрузки, значительно превышает мощность входного сигнала. При поступлении на вход (рис.34) усилительного элемента У электрического сигнала от датчика Д изменяется ток, протекающий в цепи усилительного элемента от источника питания ИП, и изменяется мощность, отдаваемая источником в цепь нагрузки Н. Таким образом, увеличение мощности, получаемой нагрузкой, по сравнению с мощностью, отдаваемой датчиком, достигается за счет передачи в нагрузку мощности от источника питания.

Рис.34. Функциональная схема усилительного каскада

Работа усилителя переменного тока оценивается количественными и качественными показателями.

Количественные показатели:

1) коэффициент усиления по току, определяемый отношением тока нагрузки к току на входе:

;

2) коэффициент усиления по напряжению, равный отношению напряжения на выходе каскада к напряжению источника сигнала:

;

3) коэффициент усиления по мощности, равный отношению мощности, выделяющейся в нагрузке, к мощности источника сигнала:

;

4) входное сопротивление каскада, равное отношению напряжения на входе каскада к входному току:

;

5) выходное сопротивление каскада (сопротивление каскада со стороны выходных зажимов при разомкнутой цепи нагрузки):

.

Качественные показатели

Основным качественным показателем работы усилителя является точность воспроизведения сигнала на выходе формы усиливаемого сигнала. Искажение формы выходного в усилителях происходит за счет нелинейности характеристик транзистора (нелинейные искажения), а также за счет присутствия реактивных элементов (частотные искажения).

Рис.35. Схема усилительного каскада с общим эмиттером