3. ОUвых m , Uвх m - амплитудное Uвых , Uвх - действующее u - мгновенное сновные параметры усилителей

   1. Коэффициент усиления:

1. Коэффициент усиления по напряжению

K_U=U_{вых m} / U_{вх m} = U_вых / U_вх (1)

2. Коэффициент усиления по току

K_I=I_{вых m} / I_{вх m} = I_вых / I_вх (2)

3. Коэффициент усиления по мощности

K_P = Р_вых/Р_вх = K_U ·K_I (3)

Коэффициент усиления напряжения (K_U) показывает во сколько раз Uвых больше Uвх.

Кроме относительных единиц измерения полученных по формулам (1,2,3) существуют логарифмические единицы измерения – называемые децибелы:

K_U (ДБ) = 20 lg K_U

K_I (ДБ) = 20 lg K_I

K_P (ДБ) = 10 lg K_P

Например:

Громкость	Ku (ДБ)	0	1	2	3	10	20	40	60	80
Напряжение	Ku	1	1,12	1,26	1,41	3,16	10	100	103	104

Выражение Ku в ДБ связано с тем, что ухо человека реагирует на звуковые колебания в соответствии с логарифмическими законами.

2. Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания по частоте) – это интервал частот, для которых изменение коэффициента усиления Ku не превышает √2 раз.

Диапазон усиливаемых частот удобно показывать и определять по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ)

АЧХ – это математическое или графическое представление зависимости коэффициента усиления от частоты.

АЧХ → Ku = f (F)

Пример АЧХ усилителя:

Рис.5

√2 раз взят, потому что при изменении тока в телефоне в √2 раз и не более, человеческое ухо не реагирует на изменения громкости.

Непрямолинейность АЧХ говорит о наличии частотных искажений.

Частотное искажение – это различный коэффициент усиления для разных частот.

Частотные искажения обусловлены реактивными сопротивлениями цепей.

X_с = 1/(2πfC)

X_L = 2πfL

Частотные искажения характеризуются коэффициентом частотных искажений:

M_F=K_U0/K_UF,

где K_U0 – коэффициент усиления на частоте F0;

K_UF - коэффициент усиления на частоте F;

Частотные искажения называются линейными искажениями, поскольку они вызываются линейными элементами L и С. Эти же элементы вызывают фазовые искажения сигнала при усилении.

Фазовые искажения – это различный сдвиг фаз Uвых от Uвх при разных частотах.

Существуют нелинейные искажения, они обусловлены нелинейными элементами цепи (пример – полупроводниковые приборы). Нелинейные элементы вызывают искажения формы сигнала.

Все виды искажений характеризуются своими коэффициентами.

3. Динамический диапазон входных напряжений удобно определять и показывать на амплитудных характеристиках Uвых m = f (Uвх m) – это зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного.

Пример амплитудной характеристики.

D = U_{вх m max} / U_{вх m min} – определение динамического диапазона входных напряжений

Рис.6

U_{вх m max}

4. КПД усилителя

η = Р_вых / Р_ист,

где Р_вых – мощность сигнала на выходе;

Р_ист – мощность выделяемая источником.

8

Режимы работы усилителей

Режим работы усилителя определяет результат усиления, в частности :

1)характер искажений;

2)КПД усилителя.

Режим работы определяется положением рабочей точки на разрешенном участке (М^’N’) нагрузочной прямой.

Режимы работы обозначаются большими буквами A, B, C, D.

Режим А

Рабочая точка выбирается на середине разрешенного участка нагрузочной прямой M’N’

Рис.13

Из графиков видно что в режиме А I_к есть куда увеличиваться и есть куда убывать, поэтому при подаче входного синусоидального сигнала 1) искажения будут наименьшие, но и 2)КПД каскада будет мал, т.к. велика постоянная составляющая I_кА. КПД составляет 30-35 %

Режим В

Рабочая точка выбирается на границе с областью отсечки.

0

Рис.14

Из графиков следует что:

1. В режиме В I_к может только увеличивается, поэтому искажения очень большие – срезается половина периода входного синусоидального сигнала (см.гр.2);

2. КПД каскада достигает 70-75 % , т.к. I_кА → 0.

Режим С

Рабочая точка выбирается в области отсечки.

Для этого от отдельного источника подается U_бэA которое закрывает транзистор. Поэтому при подаче входного синусоидального сигнала большая часть периода отсекается, следовательно: а) искажения сигнала очень большие; б) КПД еще выше, достигает 90-95 %.

Такой режим называется пороговым.

Режим D (ключевой режим) транзистор находится в состоянии отсечки или в состоянии насыщения.

См. дисциплину «Импульсная техника».

Создание и применение режимов работы

Режим А в схеме №1 создается за счет R_б который определяет U_бэА а значит и I_кА т. е. положение рабочей точки.

Например R_б уменьшаем, то т. А смещается вверх, т. к. U_бэА увеличивается => увеличиваются токи транзистора.

В схеме №2 режим А создается R₁ и R₂.

Пример: Чтобы сместить рабочую точку вниз достаточно увеличить R₁ или уменьшить R₂

Режим А создается в каскадах предварительного усиления (входной каскад) и в каскадах промежуточного усиления, т.к. искажения сигнала в этих каскадах нежелательны, а КПД не играет заметной роли в этих каскадах, т.к. токи малы.

Режим В в схеме №1 создается при R_б → ∞, в схеме №2 при R₁ → ∞, а R₂ ≠ 0

На практике создается режим АВ близкий к В.

Режим В применяется в двухтактных выходных каскадах, когда два транзистора включают параллельно, каждый из них усиливает свою половину периода входного синусоидального сигнала, которые в нагрузке складываются.