1.Параметры усилителей

Усилителем электрических сигналов называется устройство, предназначенное для увеличения мощности сигнала, поданного на его вход. Процесс усиления основан на преобразовании активным элементом (биполярным, полевым транзистором) энергии источника постоянного напряжения в энергию переменного напряжения на нагрузке при изменении сопротивления активного элемента под действием входного сигнала.

Усилители сигналов являются базовыми устройствами для построения сложных аналоговых электронных устройств. В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения для биполярных (БТ) и полевых транзисторов (ПТ) соответственно: с общей базой или общим затвором (ОБ или ОЗ); с общим эмиттером или общим истоком (ОЭ или ОИ); общим коллектором или общим стоком (ОК или ОС). Работа усилительных устройств описывается рядом параметров и характеристик.

Коэффициент усиления или коэффициент передачи – отношение амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного в установившемся режиме при гармоническом входном сигнале. Сигнал может описываться напряжением, током или мощностью, поэтому различают:

коэффициент усиления по напряжению Кu = Uвых/Uвх;

коэффициент усиления по току Кi = Iвых/Iвх;

коэффициент усиления по мощности Кр = Рвых/Рвх.

Для многокаскадных усилителей коэффициент усиления определяется произведением коэффициентов усиления отдельных каскадов, выраженных в абсолютных единицах:

Кu = Кu1 Кu2 … Кun (раз)

или суммой коэффициентов усиления, выраженных в децибелах:

Кu = Кu1 + Кu2 + … +Кun (дБ).

Входное сопротивление усилителя (полное Zвх или резистивное Rвх) представляет собой сопротивление между входными зажимами усилителя и определяется отношением амплитуды входного напряжения к амплитуде входного тока Zвх=Uвх/Iвх. Характер входного сопротивления зависит от диапазона усиливаемых частот.

Выходное сопротивление (полное Zвых или резистивное Rвых) определяют между выходными зажимами при отключенном сопротивлении нагрузки как отношение амплитуды выходного напряжения к амплитуде выходного тока Zвых=Uвых/Iвых.

Коэффициент демпфирования – отношение сопротивления нагрузки к выходному сопротивлению усилителя Кд = Rн/Rвых. Значение этого параметра лежит в пределах от 10 до 100.

Выходная мощность – мощность гармонического сигнала на выходе усилителя при работе на расчетную нагрузку и заданном коэффициенте гармоник или нелинейных искажений . Pвых=Uвыхm^2/2Uн

Коэффициент полезного действия (КПД) – отношение выходной мощности, отдаваемой усилителем в нагрузку, к общей мощности, потребляемой от источника питания η = (Рвых/Р0)100 %.

Чувствительность (номинальное входное напряжение) – амплитуда напряжения сигнала, который нужно подать на вход усилителя, чтобы получить на выходе сигнал с заданной мощностью.

Динамический диапазон – отношение наибольшего допустимого значения входного напряжения к его наименьшему допустимому значению D = Uвх макс/Uвх мин.

Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания) – разность между верхней и нижней граничными частотами Δf = fв – fн, в которой коэффициент уси-ления изменяется по определенному закону с заданной точностью.

Коэффициент гармоник оценивает нелинейные искажения усилителя в процентах

где P1, P2, …, Pn – мощности гармонических составляющих выходного сигнала (nf1) при синусоидальном входном сигнале с частотой f1. Источником нелинейных искажений являются нелинейность вольтамперных характеристик (ВАХ) активных элементов усилителя, а также ограниченное значение напряжения питания. Это приводит к искажению формы сигнала и появлению высших гармонических составляющих в спектре выходного сигнала при действии на входе гармонического сигнала.