Слайд 1ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ОБ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ
1. Общие сведения об усилителях.
2. Классификация усилительных устройств.
3. Основные параметры усилительных устройств.
4. Амплитудная характеристика усилительных устройств.
5. Частотная характеристика усилительных устройств.
6. Фазовая характеристика усилительных устройств.
7. Переходная характеристика усилительных устройств.
8. Связь между частотной, фазовой и переходной характеристиками.
Слайд 2Общие сведения об усилителях
Усилителем электрических сигналов называется устройство, предназначенное для усиления
мощности входного сигнала, за счёт потребления энергии источника питания.
Таким образом, в усилителе энергия источника питания превращается с помощью управляемого активного компонента (биполярного транзистора – БТ, полевого транзистора – ПТ, электровакуумной лампы) в энергию усиленного сигнала на его выходе.
Процесс усиления должен осуществляться во времени плавно, непрерывно и однозначно.
Слайд 3Общие сведения об усилителях
Рис. 2.1. Использование БТ в качестве активного компонента
усилителя
Слайд 4Общие сведения об усилителях
Рис. 2.2. Использование ПТ в качестве активного компонента
усилителя
Слайд 5Общие сведения об усилителях
Рис. 2.3. Структурная схема усилительного устройства
Слайд 6Общие сведения об усилителях
Слайд 7Классификация усилительных устройств
Рис. 2.4. Классификация усилителей по виду усиливаемых сигналов
Слайд 8Классификация усилительных устройств
Рис. 2.5. Классификация усилителей по диапазону частот
Слайд 9Классификация усилительных устройств
Рис. 2.6. Классификация усилителей по типу активных компонентов
Слайд 10Классификация усилительных устройств
Рис. 2.7. Классификация усилителей по типу связи между каскадами
Слайд 11Классификация усилительных устройств
Рис. 2.8. Классификация усилителей по назначению
Слайд 12Основные параметры усилительных устройств
Слайд 13Основные параметры усилительных устройств
Слайд 14Основные параметры усилительных устройств
Слайд 15Основные параметры усилительных устройств
Слайд 16Основные параметры усилительных устройств
7. Чувствительность (номинальное входное напряжение) – напряжение, которое
нужно подвести ко входу усилителя, чтобы получить на выходе заданную (номинальную) мощность.
Минимально допустимое входное напряжение ограничивается уровнем собственных шумов усилителя, на фоне которых нельзя выделить полезный сигнал.
Максимально допустимое входное напряжение ограничивается искажением формы сигнала за счёт работы усилителя на нелинейных участках ВАХ транзистора.
Слайд 17Основные параметры усилительных устройств
Слайд 18Основные параметры усилительных устройств
Слайд 19Основные параметры усилительных устройств
– линейные искажения (определяются зависимостью параметров транзисторов от
частоты и реактивными элементами усилительных устройств:
– частотные;
– фазовые;
– переходные.
Слайд 20Основные характеристики усилительных устройств
Характеристики усилительных устройств можно разделить на три вида:
–
амплитудная характеристика;
– амплитудно-частотная характеристика;
– фаза-частотная характеристика;
– переходная характеристика.
Слайд 21Основные характеристики усилительных устройств
Амплитудная характеристика (АХ) – это зависимость амплитуды (или действующего
значения) первой гармоники выходного напряжения от амплитуды (или действующего значения) гармонического синусоидального сигнала на входе усилительного устройства.
Для идеального усилителя АХ линейна и проходит через начало координат (штриховая линия), наклон характеристики к оси абсцисс определяется коэффициентом усиления.
Слайд 22Основные характеристики усилительных устройств
Рис. 2.9. Амплитудная характеристика
Слайд 23Основные характеристики усилительных устройств
АХ реального усилителя обладает особенностями, обусловленными величинами минимально
допустимого входного и максимально допустимого выходного напряжения.
Минимально допустимое напряжение на выходе определяется уровнем собственных шумов усилителя и внешними помехами.
Слайд 24Основные характеристики усилительных устройств
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) определяет зависимость модуля коэффициента усиления
от частоты гармонического сигнала на входе усилителя.
По оси абсцисс на частотной и фазовой характеристиках откладывается частота (как правило, в логарифмическом масштабе).
По оси ординат на частотной характеристике откладываются значения коэффициента усиления. При этом K может быть представлен как в относительных единицах, так и в децибелах.
Слайд 25Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 26Основные характеристики усилительных устройств
Амплитудно-частотная характеристика
Слайд 27Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 28Основные характеристики усилительных устройств
Фаза-частотная характеристика (ФЧХ) определяет зависимость фазы коэффициента усиления
от частоты гармонического сигнала на входе усилителя.
Под фазовыми искажениями подразумевают только сдвиги фаз, вызванные реактивными элементами усилителя.
Вид ФЧХ обусловлен фазовыми искажениями. Мерой фазовых искажений – Δφ на заданной частоте является отличие реальной фазовой характеристики от идеальной.
В многокаскадном усилителе фазовый сдвиг между выходным и входным сигналами определяется суммой фазовых сдвигов, создаваемых каждым каскадом.
Слайд 29Основные характеристики усилительных устройств
Рис. 2.10. Фаза-частотная характеристика
Слайд 30Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 31Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 32Основные характеристики усилительных устройств
Рис. 2.11. Структурная схема усилительного каскада на БТ
Слайд 33Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 34Основные характеристики усилительных устройств
Рис. 2.12. Упрощённая структурная схема усилительного каскада на
БТ
Слайд 35Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 36Основные характеристики усилительных устройств
Рис. 2.13. Структурные схемы для анализа усилительного каскада
на БТ
Слайд 37Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 38Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 39Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 40Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 41Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 42Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 43Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 44Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 45Основные характеристики усилительных устройств
При усилении импульсных сигналов основное внимание уделяется сохранению
формы этих сигналов на выходе усилителя. Однако наличие в цепях усилителя реактивных элементов приводит к искажению формы импульса, даже если усилительный элемент работает в линейном режиме. Для оценки искажений при усилении импульсных сигналов используют переходную характеристику усилителя, под которой понимают зависимость выходного напряжения (тока или коэффициента усиления) от времени при подаче на вход усилителя единичного скачка напряжения (тока).
Слайд 46Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 47Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 48Основные характеристики усилительных устройств
При этом процесс плавного изменения вершины импульса происходит
гораздо медленнее и требует существенно большего времени, чем быстрое нарастание переднего фронта импульса.
Это приводит к тому, что анализ всей переходной характеристики в едином масштабе времени оказывается затруднительным.
Удобнее рассматривать отдельно область малых времён (ОМВ), где происходят быстрые изменения фронта, и область больших времён (ОБВ), где происходят сравнительно медленные изменения вершины.
Слайд 49Основные характеристики усилительных устройств
Рис. 2.14. Переходная характеристика
Слайд 50Основные характеристики усилительных устройств
При этом процесс плавного изменения вершины импульса происходит
гораздо медленнее и требует существенно большего времени, чем быстрое нарастание переднего фронта импульса.
Это приводит к тому, что анализ всей переходной характеристики в едином масштабе времени оказывается затруднительным.
Удобнее рассматривать отдельно область малых времён (ОМВ), где происходят быстрые изменения фронта, и область больших времён (ОБВ), где происходят сравнительно медленные изменения вершины.
Слайд 51Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 52Основные характеристики усилительных устройств
В этом случае на вершине переходной характеристики появятся
положительные и отрицательные выбросы, амплитуда и частота которых будет определяться добротностью и резонансной частотой колебательного контура, образованного L и C.
Это были процессы в ОМВ и им соответствует область ВЧ.
Аналогичную параллель можно провести между областью НЧ и ОБВ.
Они описываются схемой (рис. 2.13а) и соответствуют медленным процессам, происходящим в усилителе.
Вид ПХ обусловлен переходными искажениями.
Слайд 53Основные характеристики усилительных устройств
Слайд 54Основные характеристики усилительных устройств