Электронный усилитель

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Электро́нный усили́тель — усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры — радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибора и т. д.

Содержание

1 Устройство и принцип действия
2 Классификация
3 Основные нормируемые характеристики
4 Литература и документация
- 4.1 Литература
- 4.2 Нормативно-техническая документация
5 Ссылки
6 См. также

[править] Устройство и принцип действия

УНЧ с обратной связью. Типичная схема

[править] Структура усилителя

Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления (бывают и однокаскадные усилители), соединённых между собой прямыми связями
В большинстве усилителей кроме прямых присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. В некоторых случаях обратные связи включают термозависимые элементы (термисторы, позисторы) — для температурной стабилизации усилителя или частотнозависимые элементы — для выравнивания частотной характеристики
Некоторые усилители (обычно УВЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного
Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, фильтры — для формирования заданной частотной характеристики и различные функциональные устройства — нелинейные и др.
Как и в любом активном устройстве в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.

[править] Каскады усиления

Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая усилительный элемент, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями
В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (биполярные, полевые), иногда, в некоторых специальных случаях, могут применяться и двухполюсники, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др. Полупроводниковые усилительные элементы (а иногда и вакуумные) могут быть не только дискретными (отдельными) но и интегральными (в составе [Микросхема|микросхем]]), часто в одной микросхеме реализуется полностью законченый усилитель
В зависимости от способа включения усилительного элемента различаются каскады с общей базой, эмиттером, коллектором (у биполярного транзистора), с общим затвором, истоком, стоком (у полевого транзистора) и с общей сеткой, катодом, анодом (у ламп)
- Каскад с общим эмиттером (истоком, катодом) — наиболее рапространенный способ включения, позволяет усиливать сигнал по току и напряжению одновременно
- Каскад с общей базой (затвором, сеткой) — усиливает только по напряжению, применяется редко
- Каскад с общим коллектором (стоком, анодом) — называется также повторителем (эмиттерным истоковым, катодным), усиливает ток, оставляя напряжение сигнала равным исходному. Важными свойствами повторителя являются его высокой входное и низкое выходное сопротивления
Каскодный усилитель — усилитель, содержащий два активных элемента, первый из которых включен по схеме с общим эмиттером (истоком, катодом), а второй — по схеме с общей базой (затвором, сеткой). Каскодный усилитель обладает повышенной стабильностью работы и малой входной ёмкостью
Каскады усиления могут быть однотактными и двухтактными
- Однотактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает во входную цепь одного усилительного элемента или одной группы элементов, соединённых параллельно
- Двухтактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает одновременно во входные цепи двух усилительных элементов или двух групп усилительных элементов, соединённых параллельно, со сдвигом по фазе на 180°

Углы отсечки полуволны сигнала в различных режимах

[править] Режимы (классы) мощных усилительных каскадов

Особенности выбора режима мощных каскадов связаны с задачами повышения экономичности питания и уменьшения нелинейных искажений.
В зависимости от способа размещения начальной рабочей точки усилительного прибора на статических и динамических характеристиках различают следующие режимы усиления
- Режим A — угол отсечки равен π
- Режим B — угол отсечки равен π/2
- Режим AB — угол отсечки находится в пределах π/2 — π
- Режим C — угол отсечки менее π/2

Режим A

Режим B

Режим B, двухтактный каскад

Режим C

[править] Классификация

[править] Виды усилителей по элементной базе

Ламповый усилитель — усилитель, усилительными элементами которого служат электороные лампы
Полупроводниковый усилитель — усилитель, усилительными элементами которого служат полупроводниковые приборы) (транзисторы, микросхемы и др.)
Гибридный усилитель — усилитель, часть каскадов которого собрана на лампах, часть — на полупроводниках

[править] Виды усилителей по диапазону частот

Усилитель постоянного тока (УПТ) — усилитель медленно меняющихся входных напряжений или токов, нижняя граничная частота которых равна нулю. Применяется в автоматике, измерительной и аналоговой вычислительной технике. Основная статья — Усилитель постоянного тока
Усилитель низкой частоты (УНЧ, усилитель звуковой частоты, УЗЧ) — усилитель, предназначенный для работы в области звукового диапазона частот (иногда также и нижней части ультразвукового, до 200 кГц). Используется преимущественно в технике звукозаписи, звуковоспроизведения, а также в автоматике, измерительной и аналоговой вычислительной технике. Основная статья — Усилитель звуковых частот
Усилитель высокой частоты (УВЧ, усилитель радиочастоты, УРЧ) — усилитель сигналов на частотах радиодиапазона. Применяется преимущественно в радиоприёмных и радиопередающих устройствах в радиосвязи, радио- и телевизионного вещания, радиолокации, радионавигации и радиоастрономии, а также в измерительной технике и автоматике
Импульсный усилитель — усилитель, предназначенный для усиления импульсов тока или напряжения с минимальными искажениями их формы. Импульсные усилители имеют очень большую полосу пропускания: верхняя граничная частота нескольких сотен килогерц — нескольких мегагерц, нижняя граничная частота обычно от нуля герц, но иногда от нескольких десятков герц, в этом случае постоянная составляющая на выходе усилителя восстанавливается искусственно. Для точной передачи формы импульсов усилители должны иметь очень малые фазовые и динамические искажения. Применяются в импульсных устройствах радиолокации, радионавигации, автоматики и измерительной техники

[править] Виды усилителей по полосе частот

Широкополосный (апериодический) усилитель — усилитель, дающий одинаковое усиление в широком диапазоне частот
Полосовой усилитель — усилитель, работающий при фиксированной средней частоте спектра сигнала и приблизительно одинаково усиливающий сигнал в заданной полосе частот
Селективный усилитель — усилитель, у которого коэффициент усиления максимален в узком диапазоне частот и минимален за его пределами

[править] Специальные виды усилителей

Дифференциальный усилитель — усилитель, выходной сигнал которого пропорционален разности двух входных сигналов, имеет два входа и, как правило, симметричный выход. Основная статья — Дифференциальный усилитель
Операционный усилитель — многокаскадный усилитель постоянного тока с большими коэффициентом усиления и входным сопротивлением, дифференциальным входом и несимметричным выходом с малым выходным сопротивлением, предназначенный для работы в устройствах с глубокой отрицательной обратной связью. Основная статья — Операционный усилитель
Масштабный усилитель — усилитель, изменяющий уровень аналового сигнала в заданное число раз с высокой точностью
Логарифмический усилитель — усилитель, выходной сигнал которого приблизительно пропорционален логарифму входного сигнала
Кватратичный усилитель — усилитель, выходной сигнал которого приблизительно пропорционален квадрату входного сигнала
Интегрирующий усилитель — усилитель, сигнал на выходе которого пропорционален интегралу от входного сигнала
Инвертирующий усилитель — усилитель, изменяющий фазу гармонического сигнала на 180° или полярность импульсного сигнала на противоположную
Парафазный (фазоинверсный) усилитель — усилитель, применяемый для формирования двух противофазных напряжений
Малошумящий усилитель — усилитель, в котором приняты специальные меры для снижения уровня собственных шумов, способных вуалировать усиливаемый слабый сигнал

[править] Некоторые функциональные виды усилителей

Предварительный усилитель (предусилитель) — усилитель, предназначенный для усиления сигнала до величины, необходимой для нормальной работы оконечного усилителя
Оконечный усилитель (усилитель мощности) — усилитель, обеспечивающий при определенной внешней нагрузке усиление мощности электромагнитных колебаний до заданного значения
Резонансный усилитель — усилитель сигналов с узким спектром частот, лежащих в полосе пропускания резонансной цепи, являющейся его нагрузкой
Видеоусилитель — импульсный усилитель, предназначенный для усиления видеоимпульсов сложной формы, широкого спектрального состава. Применяется преимущественно в видео- и телевизионной технике и в радиолокации
Усилитель магнитной записи — усилитель, нагруженный на записывающую магнитную головку
Микрофонный усилитель — усилитель электрических сигналов звуковых частот, поступающих с микрофона, до значения, при котором их можно обрабатывать и регулировать
Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) — усилитель сигналов промежуточной частоты, поступающих с преобразователя частоты
Усилитель-корректор (корректирующий усилитель) — электронное устройство для изменения параметров видео- или аудиосигнала. Усилитель-корректор видеосигнала, например, дает возможность регулировки насыщенности цвета, цветового тона, яркости, контрастности и разрешения, усилитель-корректор аудиосигнала предназначен для усиления и коррекции сигналов от звукоснимателя проигрывателя граммофонных пластинок, бывают и другие виды усилителей-корректоров.

[править] Усилители в качестве самостоятельных устройств

Усилители звуковой частоты для систем проводного вещания
Усилители звуковой частоты для озвучивания открытых и закрытых пространств
Усилители звуковой частоты бытовые. В этой группе устройств наибольший интерес представляют усилители высокой верности воспроизведения Нi-Fi и наивысшей верности high end. Различаются усилители предварительные, оконечные (усилители мощности) и полные, сочетающие в себе свойства предварительных и оконечных
Измерительные усилители — предназначены для усиления сигналов в измерительных целях. Основная статья — Измерительный усилитель (средство измерений)
Антенные усилители — предназначены для измерений слабых сигналов с антенны перед подачей их на вход радиоприёмника, бывают двунаправленные усилители (для приёмопередающих устройств), они усиливают также сигнал, поступающий с оконечного каскада передатчика на антенну. Антенный усилитель устанавливается обычно непосредственно на антенне или поблизости от неё

Ламповый УНЧ

Измерительный усилитель мощности

Микрофонный усилитель

Антенный усилитель

[править] Основные нормируемые характеристики

Диапазон частот
Коэффициент усиления
Неравномерность АЧХ
Чувствительность
Уровень шума
Коэффициент нелинейных искажений
Входное сопротивление
Выходное сопротивление
Максимальное выходное напряжение (мощность)

[править] Литература и документация

[править] Литература

Симонов Ю. Л. Усилители промежуточной частоты — М.: Советское радио, 1973
Букреев С. С. Транзисторные усилители низкой частоты с обратной связью — М.: Советское радио, 1972
Войшвилло Г. В. Усилительные устройства — М., 1975
Справочник по радиоэлектронным устройствам: В 2-х т.; Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978

[править] Нормативно-техническая документация

ГОСТ 23849-87 Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы измерения электрических параметров усилителей сигналов звуковой частоты
ГОСТ 24388-88 Усилители сигналов звуковой частоты бытовые. Общие технические условия
ГОСТ 29180-91 Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы СВЧ. Усилители малошумящие. Параметры и характеристики. Методы измерений
ОСТ4-203.007-84 Аппаратура для озвучивания открытых и закрытых пространств. Усилители звуковой частоты. Общие технические условия
ОСТ45-138-99 Усилители оконечные звуковой частоты станций проводного вещания. Основные параметры. Методы измерений
IEC 60527(1975) Усилители постоянного тока. Характеристики и методы испытаний
IEC 60581-6(1979) Аккустическая аппаратура и системы высокой верности воспроизведения (Нi-Fi). Минимальные требования к параметрам. Часть 6. Усилители
IEC 61305-3(1995) Аудиоаппаратура и аудиосистемы с высокой верностью воспроизведения бытовые. Методы измерения и установления рабочих характеристик. Часть 3: Усилители
IEC 60268-3(2000) Оборудование звуковых систем. Часть 3. Усилители

[править] Ссылки

[править] См. также

Категория: Усилители (электроника)