ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ УСИЛИТЕЛЕЙ

Сумма сведений, характеризующих свойства усилителя, называется его пока­зателями [4, 5]. К ним относятся:

- входные и выходные данные;

- коэффициент усиления;

- коэффициент полезного действия (КПД);

- частотные характеристики;

- амплитудная характеристика.

Рассмотрим подробнее эти показатели.

1. Входные данные — , , , .

Источником входных сигналов могут являться источник ЭДС и источник тока. Модель источника ЭДС имеет вид, показанный на рис. 3.1.7.

Рис.3.1.7. Модель источника ЭДС

Для обеспечения нормальной работы усилителя  должно стремиться к . Но так как Z_Г > 0, то на нем происходит падение напряжения и, следовательно,  < ∙  определяется выражением:

 = .

Из вышеприведенного выражения следует, что для того, чтобы  ≈ , необходимо выполнение условия Z_Г << Z_вх. На практике допускаются = 0,5 , но недопустимо < 0,2 .

Модель источника тока представлена на рис. 1.8.

Для данной цепи можно записать:

 = .

Следовательно, для того чтобы  ≈ . необходимо, чтобы Z_Г >> Z_вх.

Рис.3.1.8. Модель источника тока

2. Выходные данные — , , , , .

Выходную цепь можно представить в следующем виде (см. рис. 3.1.9).

Рис. 3.1.9. Модель выходной цепи усилителя

Здесь k_Uхх — коэффициент усиления усилителя в режиме холостого хода, Z_вых — выходное сопротивление усилителя. Для согласования источников сигнала с нагрузкой должны выполняться следующие условия:

- для усилителей напряжения Z_н >> Z_вых, тогда ≈ = k_Uхх∙ ;

- для усилителей тока Z_н << Z_вых, тогда ≈ ;

для усилителей мощности Z_н = Z_вых, тогда Р_н → max .

Коэффициенты усиления усилителей.

Выделяют следующие коэффициенты усиления:

- по мощности k_p = ;

- по напряжению ;

- по току .

В общем случае коэффициент усиления имеет вид

 = K_U∙e^{j(φвых - φвх)} = K_U∙e^jφ,

где φ = φ_вых - φ_вх — фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями или токами.

Графически это изображается на комплексной плоскости следующим образом (рис. 3.1.10).

Рис. 3.1.10. Графическое представление сигналов усилителя

Для многокаскадного усилителя, содержащего n каскадов, общий коэффици­ент усиления определяется выражением

 = ∙ ∙∙∙∙∙  = .

Иногда более удобной является логарифмическая шкала представления , единицей которой является децибел, определяемый десятой частью десятичного логарифма отношения мощностей на выходе и входе К_Р(дБ) = 10lg К_Р. Для коэффициентов усиления по напряжению и току формулы для перевода относительных величин в логарифмические имеют вид:

К_U(дБ) = 10lg К_U;  К_i(дБ) = 10lg К_i.

При этом коэффициент усиления многокаскадного усилителя в логарифми­ческих единицах будет равен:

К_U(дБ) = К_U1(дБ) + К_U2(дБ) + ∙∙∙ + К_Un(дБ) =  К_Ui(дБ).

3. Амплитудно-частотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики.

Зависимость модуля коэффициента усиления усилителя от частоты представляет собой амплитудно-частотную характеристику (АЧХ).

Фазочастотная характеристика (ФЧХ) отражает зависимость угла сдвига фа­зы между входным и выходным сигналами от частоты.

На рис. 3.1.11 приведено графическое изображение данных характеристик для усилителя переменного напряжения.

Амплитудная характеристика.

Амплитудная характеристика отображает зависимость установившегося зна­чения выходного сигнала от входною синусоидального сигнала | | = f(| |) на некоторой постоянной частоте (рис. 3.1.12). Рекомендуют снимать такую характеристику на средней частоте f = 1 кГц.

Рис. 3.1.11. АЧХ (а) и ФЧХ (б) RC-усилителя

В рабочем диапазоне амплитуд входного сигнала, амплитудная характери­стика должна быть линейна (участок аб), а угол ее наклона определяется ве­личиной коэффициента усиления на данной частоте. Минимальный входной сигнал | |_min определяется уровнем собственных шумов усилителя, максимальный входной сигнал | |_max — переходом на нелинейный участок характеристики, обусловливающий нелинейные искажения за счет уменьшения коэффициента усиления усилителя.

Рис. 3.1.12. Амплитудная характеристика усилителя

Диапазон напряжений входного сигнала, который усиливается без сущест­венных искажений, характеризуют динамическим диапазоном усилителя

Д_С = | |_max/| |_min или Д_С = | |_max/| |_min [1].