Краткие теоретические сведения

Основные параметры и характеристики усилителя.

1. Коэффициент передачи по напряжению - отношение выходного напряжения к входному

                                         ,                                          (4.1)

Модуль этого выражения получил название - коэффициент усиления по напряжению

                                   ,                                            (4.2)

2. Входное сопротивление усилителя - , модуль входного сопротивления

                                  ,                                            (4.3)

3. Выходное сопротивление усилителя - ,где  и  

напряжение и ток на его выходных зажимах при подаче сигнала со стороны выхода ; модуль выходного сопротивления

                                                ,                               (4.4)

20

Если усилитель представить как эквивалентный источник сигнала, то выходное сопротивление будет представлять собой его внутреннее сопротивление (рис.4.1).                                                                                         

          Ошибка! Ошибка связи.

                          Рис.4.1. Эквивалентная схема усилителя

4. Амплитудная характеристика (АХ) - зависимость модуля выходного напряжения от модуля входного U_вых = F(U_вх). Примерный график АХ изображен на рис.4.2,а.

Ошибка! Ошибка связи.

Рис. 4.2. Амплитудная характеристика: а - форма выходного сигнала на линейном участке АХ (кривая 1), б - при наличии ограничения (кривая 2)

Прямая 1 - АХ идеального усилителя. Кривая 2 - АХ реального усилителя. При входных напряжениях больше, чем U_{вх max} , наступает

21

ограничение выходного сигнала (см. рис. 4.2, б), поэтому АХ реального усилителя начинает существенно отличаться от линейной. Величина U_{вх max} определяется допустимыми искажениями выходного сигнала. При отсутствии входного сигнала на выходе усилителя присутствует некоторое                                                                                                                               

напряжение U_выхо , обусловленное внутренними шумами и наводками на цепи усилителя. На участке от U_{вх min}  до U_{вх max} искажения выходного сигнала достаточно малы (линейный участок АХ). Этот участок является рабочим, где можно считать, что U_вых=К_u × U_вх.

Величину

                                        d = U_{вх max.} / U_{вх min} ,                                                            (4.5)

называют динамическим диапазоном. Обычно он выражается в децибелах

                                            D = 20 lg (d) ,                                               (4.6)

Следует заметить, что непосредственное измерение величины U_{вх min}  затруднительно, а в некоторых случаях невозможно поэтому считают, что

                                U_{вх min} = U_{вых о} / K_u ,                                           (4.7)

5. Амплитудно- частотная характеристика (АЧХ) - зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты K_u =F(f). График типовой АЧХ усилителя переменного тока представлен на рис.4.3 (кривая 1). Для удобства анализа АЧХ условно разбивается на три области: область низких частот НЧ, средних частот СЧ и высоких частот ВЧ. 

         Ошибка! Ошибка связи.

Рис. 4.3. Амплитудно-частотная характеристика

22

В области СЧ коэффициент усиления практически не зависит от частоты. Частотой среза f_с называют частоту, на которой коэффициент усиления уменьшается в   раз относительно его значения K _uo в области СЧ.

Интервал частот между нижней частотой среза f_сн и верхней частотой среза f_св называют полосой пропускания усилителя. Для УПТ нижняя граничная частота равна нулю (рис.4.3, кривая 2). Такой усилитель способен усиливать сигналы с частотой, равной нулю.

6. Зависимость аргумента коэффициента передачи от частоты j = F(f) называют фазо-частотной характеристикой (ФЧХ) Она характеризует зависимость сдвига фаз между входным и выходным напряжением от частоты. Идеальная и реальная ФЧХ усилителя изображены на рис.4.4, кривые 1 и 2 соответственно.

             Ошибка! Ошибка связи.

Рис.4.4. Фазо-частотная характеристика

7. Переходная характеристика (ПХ)- зависимость выходного напряжения от времени U_вых(t) = F[U_вх (t)] при скачкообразном изменении входного. Эта характеристика определяет процесс перехода усилителя из одного состояния в другое. На рис. 4.5 представлены характерные ПХ усилителей. ПХ усилителя характеризуется следующими параметрами. Временем нарастания t _нар . Оно определяется как время, в течение которого выходной сигнал изменяется от уровня 0,1 до уровня 0,9 своего установившегося значения. Выброс на фронте d - относительная разность между максимальным значением выходного сигнала в области малых времен

23

и установившимся значением. Спад D в области больших времен - относительная разность между установившемся значением и его текущим значением в момент времени t _сп.. Как известно [1], АЧХ и ПХ усилителя однозначно связаны между собой. Области малых времен ПХ соответствует область высоких частот АЧХ. Если АЧХ в области высоких частот имеет пологий спад, то между t _нар   и f _св существует приближенная связь -

 f _св = 0,35/ t _нар. Области больших времен ПХ соответствует область низких частот АЧХ.

Ошибка! Ошибка связи.

Рис.4.5. Переходная характеристика

Обратной связью (ОС) называют процесс передачи части сигнала из выходной цепи усилителя во входную (см. рис.4.6).

                 Ошибка! Ошибка связи.

Рис. 4.6. Схема обратной связи в усилителе

24

Если сигнал обратной связи в точке С вычитается из входного (находится в противофазе с входным), то такую ОС называют отрицательной(ООС). Если сигнал обратной связи складывается с входным ( находится в фазе с входным) , то такую ОС называют положительной (ПОС).

Обратная связь оказывает существенное влияние на характеристики усилителя. Под действием ООС уменьшается коэффициент усиления, расширяется полоса пропускания усилителя, уменьшаются нелинейные искажения, стабилизируется коэффициент усиления. Под действием ПОС коэффициент усиления увеличивается , полоса пропускания сужается, нелинейные искажения увеличиваются, стабильность коэффициента усиления ухудшается. По этой причине в усилительных устройствах в основном используют ООС.

Обратная связь влияет также на входное и выходное сопротивление усилителя. В зависимости от вида ОС и способа её подключения к выходным и входным зажимам усилителя входное и выходное сопротивление может как увеличиваться, так и уменьшаться в достаточно больших пределах.