Классификация усилителей.

Классификация усилителей может быть произведена по нескольким признакам:

1. По назначению: напряжения, тока, мощности.

• Усилитель напряжения:

• Усилитель тока:

• Усилитель мощности:

2. По типу усилительных элементов: полупроводниковые, ламповые, магнитные, изолирующие, оптоэлектронные и др.

3. По виду усиливаемых сигналов: гармонических сигналов, импульсные.

4. По числу усилительных каскадов: однокаскадные, многокаскадные.

5. По диапазону частот электрических сигналов – это один из наиболее существенных признаков классификации.

По этому признаку различают следующие основные типы усилителей:

1. Усилители низкой частоты (УНЧ) – предназначены для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный спектр которых от десятков Гц до десятков кГц. Характерная особенность:

   — велико, от нескольких десятков до десятков тысяч (например, звуковой диапазон: 20Гц÷20кГц).

2. Усилители постоянного тока (УПТ) – более точно: усилители медленно меняющихся напряжений и токов. Усиление от до — десятки и сотни кГц. Усиливают как переменную, так и постоянную составляющую сигнала.

3. Избирательные (или селективные) усилители – работают в очень узкой полосе частот (обычно

   ). Могут использоваться как на низких, так и на высоких частотах в качестве частотных фильтров, выделяющих или подавляющих заданный диапазон частот. Это достигается в большинстве случаев за счёт использования одного или нескольких колебательных (резонансных) контуров. Всвязи с этим их часто называют резонансными, или полосовыми.

4. Широкополосные усилители – работают в очень широкой полосе частот (от единиц кГц до нескольких МГц и выше). Такие сигналы часто воспроизводятся на экранах и регистрируются визуально – поэтому их часто называют

   видеоусилителями.

Основные технически показатели усилителей (параметры).

1. Коэффициент преобразования или коэффициент передачи – это отношение значения выходного сигнала к значению входного сигнала.

В частном случае, когда входное и выходное значения сигнала являются однородными, коэффициент преобразования называют коэффициентом усиления (например: – коэффициент преобразования U в I;

— коэффициент преобразования I в P)

– коэффициент усиления по напряжению;

— коэффициент усиления по току;

— коэффициент усиления по мощности.

Во многих случаях коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах – децибелах (дБ).

Для многокаскадных усилителей из n-каскадов:

Учитывая, что в общем случае выходной сигнал может отличаться от входного сигнала не только по величине, но и по фазе, поэтому

— величины комплексные.

;

;

где φ – сдвиг фаз между входными и выходными сигналами.

2. Входное и выходное сопротивления ()

3. Выходная мощность.

При — активном:

— действующее напряжение.

Выходная мощность – это полезная мощность, развиваемая усилителем в нагрузке.

Увеличение выходной мощности усилителя ограничено искажениями.

Номинальная выходная мощность – это максимальная мощность, при которой искажения не превышают заданной (допустимой) величины.

4. Коэффициент полезного действия (к.п.д.) – важный показатель для усилителей средней и большой мощности. Численно к.п.д. может быть определен:

— мощность потерь.

5. Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания) – область частот, в которой коэффициент усиления изменяется не больше, чем это допустимо требованиями. (Для УНЧ – изменения К_ус от до

   не превышает 3дБ)

6. Динамический диапазон амплитуд.

Отношение амплитуд наиболее сильного и наиболее слабого сигналов на входе усилителя называют динамическим диапазоном амплитуд D. Его обычно выражают в децибелах:

Предусилитель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Предусилитель (предварительный усилитель) — электронный усилитель, который преобразует слабый (по напряжению или по нагрузочной способности) электрический сигнал в более мощный. Предусилитель размещают как можно ближе к источнику сигнала, чтобы передать этот сигнал без значительных искажений и шумов для последующей обработки (например, по кабелю). Предварительный усилитель также выполняет роль развязывающего устройства, защищающего источник сигнала от нестабильного входного импеданса следующего тракта.

Идеальный предусилитель должен быть линейным (то есть иметь постоянный коэффициент усиления в рабочем диапазоне), иметь высокий входной импеданс (требовать минимальный ток для определения входного сигнала) и низкий выходной импеданс (обеспечивать минимальное падение выходного напряжения на полезной нагрузке).

В аудиосистемах высокого класса (Hi-Fi, Hi-End) предусилитель используется в качестве концентратора для подключения других компонентов аудиосистемы (например, проигрывателей компакт-дисков и грампластинок, микрофонов, усилителей мощности). Предусилители могут быть как интегрированными в микшерные пульты или звуковые карты, так и автономными устройствами. На передней панели автономного предусилителя размещаются средства управления и регулировки, на задней панели — набор разъёмов для подключения аудиокомпонентов.

Основная функция предусилителя — усиление слабого сигнала до необходимого для дальнейшей обработки уровня (например, от 10 мВ до 1,5 вольта). Слабый сигнал может приходить, например, со звукоснимателей и микрофонов.

Звуковой предусилитель состоит из коммутатора входов, регулятора громкости и выходного усилителя, который обеспечивает напряжение на выходе 1—1,5 В. Звуковые предусилители часто снабжаются регулятором тембра, возможна отключаемая тонкомпенсация.

Усилитель постоянного тока — Википедия

Усили́тель постоя́нного то́ка (УПТ) — усилитель электрических сигналов, обычно электронный усилитель, диапазон усиливаемых частот которого включает нулевую частоту («постоянный» ток).

На верхнюю границу частотного диапазона усилителя никаких ограничений не накладывается, то есть она может находиться в области очень высоких частот. Таким образом, термин «УПТ» можно применять к любому усилителю, способному усиливать сигналы постоянного тока.

Особенностью многокаскадных УПТ, не использующих модулятор на входе и демодулятор на выходе — это УПТ типа М-ДМ, является непосредственная связь между каскадами, то есть между каскадами не включаются разделительные конденсаторы или трансформаторы, не пропускающие сигналы с низкими частотами, в частности, сигналы постоянного тока. Для таких УПТ характерен «дрейф нуля» — медленное систематическое или медленное хаотическое изменение выходного сигнала при неизменном входном сигнале.

Количественно дрейф нуля принято выражать приведённым ко входу усилителя, то есть дрейфу выходного сигнала делённому на коэффициент усиления усилителя. Часто указывается дрейф от влияющего фактора, например, от температуры, в этом случае приведённый ко входу дрейф относят к единице измерения влияющего фактора, например, мкВ/К (температурный дрейф), мкВ/сутки (временной дрейф) и т. д.

Дрейф нуля принципиально неустраним в УПТ с непосредственными связями, разными мерами можно только его уменьшить. Причинами, вызывающими дрейф нуля являются:

• Изменения температуры (температурный дрейф) и влажности окружающей среды.
• Нестабильности источников питания.
• Старение электронных компонентов, вызывающее изменение их электрических параметров.
• Низкочастотные собственные шумы усилителя.

Для снижения дрейфа нуля стремятся исключить влияние внешних факторов — герметизацией, термостатированием, использования стабильного питания, применения искусственно состаренных компонентов и др. Наиболее весомый вклад в дрейф обычно температурный.

Основной вклад в дрейф нуля вносит входной каскад, вклад последующих каскадов в дрейф нуля обычно мал. Для снижения дрейфа входного каскада часто применяют дифференциальные (балансные) входные каскады. Дифференциальное включение активных компонентов позволяет существенно снизить влияние температуры и других влияющих на дрейф факторов, так как при равенстве величины и знака изменения параметров активных компонентов в дифференциальной схеме уход параметров взаимно компенсируется, так как влияют на выходной сигнал с разными знаками и в идеале — равными по модулю.

Температурный дрейф современных прецизионных УПТ с непосредственными связями, например прецизионных операционных усилителей порядка единиц — десятков мкВ/К.

Очень эффективный способ борьбы с дрейфом нуля является применение УПТ построенных по схеме модулятор — усилитель переменного сигнала — демодулятор сокращенно называемые УПТ типа МДМ или М-ДМ.

Усиление сигнала в таких УПТ производится с помощью усилителя переменного сигнала, который принципиально не имеет дрейфа нуля. Для преобразования входного сигнала постоянного тока (напряжения) в переменный на входе усилителя переменного сигнала устанавливается модулятор — устройство, которое с помощью ключей, коммутируемых с частотой много большей максимальной частоты в спектре усиливаемого сигнала преобразует входной постоянный сигнал в относительно высокочастотное напряжение, причем амплитуда этого переменного сигнала прямо пропорциональна входному постоянному сигналу. Простейший модулятор — ключ, периодически отключающий источник сигнала от входа усилителя переменного сигнала. При замкнутом состоянии ключа на вход усилителя переменного сигнала подается напряжение входного сигнала постоянного тока, при разомкнутом состоянии ключа входной сигнал этого усилителя нулевой.

Управление ключом или ключами модулятора производится вспомогательным генератором.

Переменное напряжение от модулятора усиливается усилителем переменного сигнала (напряжения) до необходимого уровня. На выходе усилителя переменного сигнала присутствует переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна входному сигналу. Переменное напряжение преобразуется снова в постоянное выходное напряжение с помощью демодулятора. В качестве демодулятора применяют какой-либо выпрямитель переменного сигнала, например, диодный. Но часто выпрямитель выполняют в виде синхронного детектора — ключа или нескольких ключей, коммутируемых синхронно с ключом модулятора и управляемых от того же генератора. Простейший синхронный детектор — ключ между выходом усилителя и нагрузкой, который замкнут при, например, каждой положительной полуволне переменного напряжения выхода усилителя и разомкнут в остальное время.

В качестве ключей в УПТ с МДМ ранее использовались электромеханические ключи — обычные контактные пары, например, вибропреобразователи. Сейчас электромеханические ключи практически полностью вытеснены бесконтактными полупроводниковыми ключами, обычно полевыми транзисторами.

В УПТ МДМ основной вклад в дрейф вносит модулятор, вклад остальных устройств невелик. Например, в электромеханических модуляторах дрейф составляет — единицы  мкВ, в бесконтактных модуляторах — доли мкВ.

В подавляющем большинстве случаев УПТ является усилителем не тока (как следует из названия), а напряжения. Неоднозначность названия обусловлена тем, что термин «ток» часто употребляется для описания любых электрических сигналов вообще.

6.1.    Классификация, основные характеристики и параметры усилителей

Наиболее важное назначение электронных приборов – усиление электрических сигналов. Устройства, предназначенные для выполнения этой задачи, называются электронными усилителями (рис. 6.1). 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 и т.д.

Усилителем называется устройство, предназначенное для повышения мощности входного сигнала. Увеличение мощности, выделяемой в сопротивлении нагрузки, по сравнению с мощностью источника входного сигнала, достигается за счет энергии источника постоянного напряжения, называемого источником питания (при этом соблюдается закон сохранения энергии). Маломощный входной сигнал лишь управляет передачей энергии источника питания в нагрузку. Под воздействием входного сигнала на выходе усилительного элемента возникают более мощные колебания, которые и передаются в нагрузку.

Усилители, используемые в современных устройствах, отличаются параметрами, назначением, характером усиливаемых сигналов и т.д.

По характеру усиливаемого сигнала усилители можно разделить на две группы: усилители гармонических сигналов и усилители импульсных сигналов:

Усилители гармонических сигналов (гармонические усилители) предназначены для усиления непрерывных во времени сигналов. При изменении любого параметра сигнала в усилителе возникает переходный процесс: колебание на выходе усилителя достигает установившегося значения через определенное время. Параметры усиливаемого сигнала в гармонических усилителях изменяются значительно медленнее переходных процессов;

Усилители импульсных сигналов (импульсные усилители) предназначены для сигналов, уровень которых меняется настолько быстро, что переходный процесс является определяющим для усиленного сигнала.

По ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых частот можно выделить следующие группы усилителей:

· усилители постоянного тока (УПТ), усиливающие как переменную, так и постоянную составляющие сигнала, т.е. низшая пропускаемая частота f_н = 0;

· усилители переменного тока, усиливающие только переменную составляющую сигнала.

В свою очередь, усилители переменного тока в зависимости от значений частот f_н и f_в делятся на следующие группы:

ü усилители звуковых частот (УЗЧ) или усилители низких частот (УНЧ), частотный спектр которых лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц;

ü усилители высокой частоты (УВЧ), имеющих полосу пропускания от десятков килогерц до сотен мегагерц;

ü избирательные (или селективные) усилители, усиливающие сигналы в очень узкой полосе частот. Для них характерна небольшая величина отношения верхней частоты к нижней (обычно f_в / f_н ≈ 1). Эти усилители могут использоваться как на низких, так и на высоких частотах. Часто их называют резонансными или полосовыми;

ü усилители видеочастот, работающие в полосе частот от 50 Гц до 6 МГц. Усилители с f_в > 100 кГц называют широкополосными.

По типу усилительного элемента различают: транзисторные, ламповые, параметрические, квантовые и магнитные усилители.

По конструктивному выполнению усилители можно подразделить на две большие группы: усилители, выполненные с помощью дискретной технологии и усилители, выполненные с помощью интегральной микросхемотехники.

Приведенные классификационные признаки являются далеко не полными. Можно подразделять усилители по электрическому параметру усиливаемого сигнала. По этому признаку усилители подразделяют на усилители напряжения, тока или мощности (такое разделение условно, так как в любом случае усиливается мощность). По числу усилительных каскадов усилители можно разделить на однокаскадные и многокаскадные и т.д.

Работу усилителей принято оценивать рядом технических показателей и характеристик, которые зависят от требований, предъявляемых к ним, и их конкретного назначения. Важнейши