Многокаскадные усилители

 

У₁ – первый каскад (входной усилитель, предварительный). Как правило, обеспечивает согласование с источником сигнала;

У_n – выходной усилитель (каскад), оконечный усилитель;

У₂ – У_n-1 – промежуточные усилители. Выходной каскад, как правило, обеспечивает согласование с нагрузкой, а основное усиление осуществляется в промежуточных каскадах.

К_å =

K_å^дб =

Задача

2-х каскадный усилитель, К_å = 100 дб, K_u1 = 100, K_u2 =?

Рекомендуемые материалы

K_u1 = 40 дб Þ K_u2 = 1000 = 60 дб.

Многокаскадные усилители используют для усиления слабых сигналов.

Классификация усилителей:

1. Линейные

2. Нелинейные

По АЭ (активный элемент):

Ø Ламповые

Ø Транзисторные

Ø Интегральные

Ø Магнитные

Ø Тиристорные и др.

По R_вх и R_вых:

R_вх

v Если R_вх >> R_г – усилители напряжения (с входом по напряжению)

v Если R_вх <<  R_г – усилители тока

v R_вх  » R_г – усилители мощности (согласованные)

R_вых

v R_вых >> R_н – усилители тока (с выходом по току)

v R_вых << R_н  - усилители напряжения

v  R_вых » R_н – усилители мощности (согласованные)

Характеристики усилителей

k_u’ =

В общем случае коэффициент усиления зависит как от амплитуды сигнала, так и от частоты и описывается комплексной функцией.

K_u’(w) = mod k_u’Þ (модуль)

Þ АЧХ – зависимость коэффициента усиления от частоты

j(w) = arg k_u’Þ (аргумент)

Þ ФЧХ – зависимость сдвига фазы выходного сигнала от частоты

Вид АЧХ определяет и вид ФЧХ и наоборот.

АЧХ усилителей и их ФЧХ

 

У реального усилителя k зависит от частот, в пределах которых k » const = k₀ – называется областью средних частот – рабочая полоса частот.

Dw = w_в - w_н  - полоса пропускания усилителя;

w_н  - нижняя частота полосы пропускания;

w_в  - верхняя частота полосы пропускания.

0 < w < w_н  Þ область нижних частот

k = k(w)  = var

w > w_в   Þ область высоких частот

k = k(w) = var

Спад усиления на ВЧ и НЧ обусловлен наличием реактивных элементов в усилителе и конечным быстродействием усилительного элемента.

В зависимости от АЧХ усилители делятся на:

1. если Dw << w₀, где w₀ – центральная частота усиления, то это узкополосный (резонансный) усилитель.

2. Dw >> w₀ – широкополосный усилитель (ШПУ) (видеоусилитель)

3. Dw » w₀ – полосовой усилитель.

По частоте:

1. УНЧ – усилители низких частот (10Гц – 40 (100)кГц)

2. УПЧ – усилители промежуточных частот (£1 МГц)

3.  УВЧ – усилители высоких частот (1-100 МГц)

4. СВЧ – сверхвысокочастотные усилители (<1 ГГц)

5. ОВЧ – особовысокочастотные усилители (>1 ГГц до 20 ГГц)

ФЧХ

У реального усилителя на НЧ и ВЧ выходной сигнал приобретает дополнительный сдвиг фазы, обусловленный наличием реактивных элементов. На НЧ это элементы связи, блокирующие и фильтрующие конденсаторы. Их влияние носит дифференцирующий характер (Dj > 0). На ВЧ влияет емкость нагрузки, монтажа, быстродействие АЭ. Их влияние носит интегрирующий характер (Dj < 0). В рабочей полосе частот Dj » const. Зависимость k(w) и j(w) для сложного входного сигнала приводит к его линейным искажениям (частотным).

Dw - рабочая полоса частот, в пределах которой амплитудные искажения Dk < ± 3 дб, а фазовые искажения Dj <  ± p/4.

Амплитудная характеристика

U_вых = f(U_вх)_w=const

1 – область внутренних шумов усилителя. Даже при отсутствии входного сигнала на выходе присутствует хаотический шумовой сигнал. Шумы обусловлены температурными шумами элементов (тепловой шум), дискретной природой электричества (квантовый), избыточными шумами АЭ. Внутренние шумы ограничивают возможность усиления слабых сигналов снизу. Для уменьшения тепловых шумов активные элементы охлаждают (жидким гелием, азотом).

2 – область линейного усиления. U_вх = k_uU_вх, tga Þ k_u

3 – область ограничения выходного сигнала (нелинейных искажений выходного сигнала). Ограничение обусловлено либо мощностью источника питания, либо нелинейностью ВАХ активного элемента.

D = - это есть динамический диапазон усиления – возможность усилителя усиливать как слабые, так и сильные сигналы.

Нелинейные искажения

Это искажения формы входного сигнала.

U(t) = U₀ +

Так любой сигнал может быть представлен.

Нелинейные искажения – это изменение спектрального состава сигнала (появление дополнительных гармоник, отсутствующих на входе).

Лекция "6.11 Модернизация культуры" также может быть Вам полезна.

k_ни – коэффициент нелинейных искажений

k_ни =

P_i – мощность гормоник выходного сигнала

P₁ – основная частота (горм.).

Нелинейные искажения в усилителе уменьшаются выбором рабочего режима с наибольшим линейным усилением, использованием высококачественных элементов, использованием обратных связей.