5_1 (лекции по УППС (УПОС))
Описание файла
Файл "5_1" внутри архива находится в следующих папках: лекции по УППС (УПОС), Глава5. Документ из архива "лекции по УППС (УПОС)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "радиоприёмные устройства" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "радиоприёмные устройства" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "5_1"
Текст из документа "5_1"
Глава 5. Усилители энергии сигналов
5.1 ПРИНЦИПЫ УСИЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ СИГНАЛОВ
Усиление энергии электрических сигналов – фундаментальное, исключительно важное свойство аппаратурных средств обработки сигналов, которое очень широко используется для совершенствования технических показателей различных радиотехнических устройств. В первую очередь это относится к РПрУ, на вход которых поступает сигнал очень малой мощности, а оконечные устройства требуют мощности сигнала на несколько порядков большей. Увеличение мощности (энергии) сигнала при сравнительно точном сохранении его формы называют усилением, а устройство, с помощью которого этот эффект достигается, – усилительным. Принцип усиления электрических сигналов поясняется функциональной схемой усилительного устройства (УУ) – рис. 5.1.
Усилитель совместно с источником питания (ИП) образует усилительное устройство – рис. 5.1. Усилитель имеет входную цепь (клеммы 1—1) и выходную цепь (клеммы 2—2). К входным клеммам 1—1 (во входную цепь) подключается источник электрического сигнала (ИЭС) малой энергии. Это может быть детектор сигналов амплитудной или частотной модуляции, выход предыдущего усилительного каскада, антенна и т.д.
К выходным клеммам 2—2 (в выходную цепь) подключается нагрузка. Нагрузкой может быть: вход последующего усилительного каскада, головные телефоны, громкоговоритель, линия связи и т. д.
В связи с возможностью работы от самых разнообразных источников сигналов, при различных видах сигналов и на разную нагрузку усилители электрических сигналов получили очень широкое распространение и в составе радиотехнических систем и устройств, и как самостоятельные устройства.
Усиление электрических сигналов – частный вид управления электрической энергией и характеризуется тремя особенностями:
1. При усилении аналоговых электрических сигналов управление энергией может осуществляться как плавно, постепенно, так и скачкообразно. Как правило, управление производится плавно.
2. Усиление электрического сигнала по мощности имеет место в том случае, если усилительное устройство имеет источник энергии, за счет которого и увеличивается мощность сигнала на выходе. Обычно в качестве источника энергии используют источник постоянного тока, от которого усилитель отбирает постоянную мощность Р0 (см. рис. 5.1). Эту мощность усилитель преобразует в мощность полезного электрического сигнала Р~ = РВЫХ, которая выделяется в нагрузке. В качестве элемента или прибора, который преобразует мощность источника питания Р0 в мощность выходного сигнала РВЫХ, используются электронные приборы – усилительные элементы (УЭ): транзисторы (БТ, ПТ), составные транзисторы, интегральные микросхемы (ИМС), электронные лампы (ЭЛ) и др. При этом УУ называют электронным. В качестве преобразовательных элементов в усилителях используют и другие электронные приборы. Например, в параметрических усилителях используют полупроводниковые диоды – варикапы. Мощность источника питания в таких усилителях формируется как мощность переменного тока. Такой источник питания обычно называют генератором накачки.
3. Для управления процессом преобразования энергии на вход усилителя подают малую мощность РВХ. Эта мощность создается источником сигнала. Очень часто это независимый источник. Чем больше РВЫХ по сравнению с РВХ, тем лучше эффект усиления.
Сам усилитель является управляемым источником сигнала – его называют также неавтономным или зависимым источником. Итак, при усилении источник сигнала малой мощности РВХ управляет работой УЭ по преобразованию большой мощности источника питания Р0 в мощность выходного сигнала РВЫХ. Очевидно, РВЫХ < Р0. В оконечных каскадах усилителя эти мощности близки по величине, и отношение РВЫХ / Р0 определяет коэффициент полезного действия усилителя.
Для анализа технических показателей и характеристик УУ независимые источники сигнала представляют в виде эквивалентной электрической схемы генератора ЭДС Г с внутренним сопротивлением ZГ или генератора тока Г с выходной проводимостью YГ, причем Г = Г ZГ; ZГ = 1 / YГ; Г = Г YГ.
При анализе и проектировании УУ используют электрические модели УЭ в виде их эквивалентных электрических схем.
5.2 ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Классификация. Электронные усилители сигналов являются самыми распространенными электронными устройствами. Они могут использоваться как самостоятельные или выделенные устройства, например усилители оконечных станций радиотрансляционных узлов, всевозможной аудиоаппаратуры, и как функциональные важнейшие узлы других радиоэлектронных устройств, прежде всего РПрУ, РПдУ, и в качестве элементов активных фильтров, компараторов и т. д.
Вне зависимости от места и способа использования УУ принято классифицировать по ряду общих для всех усилителей признаков.
По форме усиливаемых сигналов различают усилители непрерывных и усилители импульсных сигналов. Усилители непрерывных сигналов — это в первую очередь усилители квазигармонических, речевых, музыкальных и др. сигналов. Свойства таких усилителей оценивают по качеству преобразования одного или небольшого числа гармонических колебаний. Переходные процессы в усилителях при указанных сигналах не проявляются. Наоборот, в усилителях импульсных сигналов, к которым относятся усилители видеосигналов, телеграфных сигналов, цифровых сигналов и т. д., проявляются переходные процессы. Оценку таких усилителей проводят по форме переходной характеристики.
По диапазону усиливаемых частот различают усилители постоянного тока (УПТ) и усилители переменного тока. Первые усиливают не только переменные, но и постоянную составляющую в спектре сигнала, т; е. усиливают частоты от 0 до верхней граничной частоты fВ. Усилители переменного тока способны усиливать только переменные составляющие в спектре сигнала, т. е. частоты от нижней граничной частоты fН до fВ.
Среди усилителей непрерывных (аналоговых) сигналов выделяют:
-
Усилители звуковой частоты, у которых fН 20 Гц, a fВ 20 кГц.
-
Усилители радиочастоты (радиосигналов), у которых частоты значительно превосходят звуковые и fВ/fН 1. Если в нагрузке УЭ таких усилителей есть резонансные цепи, то и усилители называют резонансными; в противном случае — апериодическими.
3. Широкополосные усилители, у которых fН составляют единицы герц, a fВ — единицы мегагерц. Это усилители телевизионных сигналов, усилители многоканальных линий связи (например, радиорелейных) и др.
По типу управляющих элементов (УЭ) различают усилители: транзисторные, на интегральных микросхемах (ИМС) и др.
Существует много других отличительных признаков, по которым классифицируют усилители, например по области применения, функциональному назначению, типу питания, числу каскадов, технологическому исполнению.
5.3 технические показатели усилителей
Определяя конкретную количественную оценку тех или иных свойств усилителя, технические показатели позволяют оценить степень его пригодности для какого-либо применения и возможную технико-экономическую эффективность устройств на основе выбранного усилителя.
Технические показатели усилителей обычно определяются в соответствии с международными, государственными или отраслевыми стандартами, а также руководящими техническими материалами и т. п. К таким показателям относят: входные и выходные показатели; коэффициенты усиления; коэффициенты полезного действия; линейные искажения; нелинейные искажения; собственные помехи: амплитудную характеристику и динамический диапазон; стабильность показателей.
5.3.1 Входные и выходные показатели усилителей иллюстрируются структурной схемой усилителя – рис. 5.5.
Входные показатели характеризуют особенности входной цепи усилителя. К входным показателям относят напряжение , ток или мощность РВХ сигнала, которые обеспечивают необходимые выходные параметры усилителя при заданных искажениях сигнала.
Входной параметр – входное сопротивление усилителя – комплексное сопротивление между клеммами 1—1. На сопротивлении происходит падение напряжение в результате протекания через это сопротивление тока при подключении к усилителю источника сигнала. Если входное сопротивление можно считать линейным, то
В зависимости от назначения усилителя к сопротивлению предъявляют различные требования. Обычно необходимо, чтобы » . Однако часто должны быть выполнены условия согласования источника с усилителем, когда = .
Входную мощность РВХ определяют при таких условиях работы усилителя, когда его входное сопротивление становится чисто активным = , например, в области средних частот. Тогда = и при воздействии гармонического (синусоидального) сигнала
= 0,5 = I ВХ UВХ = = / , (5.2)