Структурная схема усилителя

§ 3. Структурная схема усилителя

Структурной называется схема, на которой прямоугольниками или условными графическими обозначениями показаны основные части устройства, выполняющие определенные функции, и основные взаи­мосвязи между ними.

Рассмотрим упрощенную структурную схему усилителя — схему соединения его каскадов (рис. 1а). Обычно усиление сигнала, соз­даваемое одним каскадом, оказывается недостаточным; поэтому при­меняют многокаскадные схемы усилителей.

                                                                                      Сеть

Рис.  1.  Упрощенная структурная схема усилителя   (а)  и примерная структура стационарного усилительного устройства  киноустановок  (б)

каскадом, подается на вход второго, с выхода второго — на вход треть­его и т. д., т. е. осуществляется последовательное усиление сигнала цепочкой каскадов.

Вход первого каскада является входом усилителя, а выход послед­него — выходом усилителя.

На вход усилителя включаются источники сигнала: фотоэлектрон­ный умножитель или фотодиод при воспроизведении фотографической фонограммы, воспроизводящая магнитная головка при воспроизве­дении магнитной фонограммы, звукосниматель при воспроизведе­нии грамзаписи, микрофон при усилении речи оратора или пере­водчика (при демонстрировании недублированных иностранных фильмов), а также при записи речи и музыки.

Рекомендуемые материалы

На выход усилителя включается внешняя нагрузка: громкогово­ритель или телефон при воспроизведении звука, магнитная головка записи или модулятор света при магнитной или фотографической за­писи звука, рекордер при механической записи, осциллограф для на­блюдения или фотографирования сигнала и т. д.

Для любого- каскада, кроме первого, источником сигнала служит предыдущий каскад, а нагрузкой для всех каскадов, кроме послед­него, — входная цепь следующего каскада.

Каскады могут иметь различное назначение — усиление напря­жения, тока или мощности (в зависимости от того, какая из этих ве­личин сигнала должна быть доведена до определенного уровня, чтобы привести в действие следующий каскад или нагрузку).

Следует иметь в виду, что в процессе усиления мощность всегда увеличивается, но при усилении напряжения или тока ее величина не имеет значения.

Последний каскад, отдающий в нагрузку требуемую мощность, называется оконечным. Для приведения его в действие служит предоконечный каскад (драйвер), который в зависимости от режима око­нечного каскада может быть либо усилителем мощности, либо усили­телем напряжения.

Для увеличения напряжения от величины, которую создает источ­ник сигнала на входе, до величины, требуемой на входе предоконечного каскада, служат каскады предварительного усиления напряже­ния.

В комплектах звуковоспроизводящей аппаратуры киноустановок, выполненных по блочному принципу, часть каскадов предваритель­ного усиления напряжения выделяют в конструктивно самостоятель­ный предварительный усилитель, а остальные каскады вместе с предоконечным и оконечным — в отдельный оконечный усилитель. Между этими усилителями включается выносной регулятор громкости, на­ходящийся на пульте в зрительном зале.

Эти блоки вместе с источником питания составляют усилительное устройство.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ УСИЛИТЕЛЯ

Усилитель характеризуется рядом технических показателей, по которым можно судить о его усилительных, энергетических и эксплу­атационных свойствах и качестве передачи сигнала. Основные из них: коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления, номи­нальная (паспортная) выходная мощность, потребляемая мощность, коэффициент полезного действия, чувствительность, диапазон частот, искажения, динамический диапазон и уровень помех.

Кроме этого всякий усилитель характеризуется надежностью, ста­бильностью, устойчивостью, массой, габаритами, конструктивными и эксплуатационными особенностями.

КОЭФФИЦИЕНТЫ УСИЛЕНИЯ

Для количественной оценки усилительных свойств устройства пользуются понятием 6 коэффициенте усиления.

Поскольку сигнал (электрические колебания) характеризуется величиной мощности, напряжения и тока, различают соответственно три коэффициента усиления.

Коэффициент усиления мощности К_р показывает, во сколько раз мощность сигнала на выходе усилителя больше, чем на входе:

Коэффициентом усиления напряжения /(„, или сокращенно, коэффициентом усиления К, называется отношение напряжения сигнала на выходе к напряжению на входе.

Аналогично определяется коэффициент усиления тока Ki как от­ношение выходного тока сигнала к входному:

По определению сущности процесса усиления коэффициент усиле­ния мощности всегда больше единицы, в то время как коэффициенты усиления напряжения или тока, могут быть меньше единицы; иногда их в этом случае называют коэффициентами передачи напряжения или тока.

При активном сопротивлении нагрузки Р_вых = U_вых/I_вых; соответ­ственно при активном входном сопротивлении усилителя P_вх = U_BXI_BX; тогда коэффициент усиления мощности равен произведению:  К_р =  K_uKi.

Работу усилителей звуковой частоты принято анализировать и ис­следовать при синусоидальном сигнале на входе.

Для многокаскадного усилителя коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления его каскадов:

Во всех приведенных соотношениях коэффициент усиления опре­деляется, как отвлеченное число.

Более удобны логарифмические единицы измерения — децибелы, в которых могут быть выражены не только коэффициенты усиления и их изменения, но и другие относительные величины.

Логарифмические единицы были введены в связи с психофизиоло­гическими особенностями восприятия человеком внешних раздраже­ний, действующих на его органы чувств: ощущение пропорционально логарифму раздражения. Например, восприятие громкости звука про­порционально логарифму звукового давления, а восприятие яркости изображения   пропорционально  логарифму   освещенности.   Поэтому изменения звукового давления в одно и то же число раз независимо от абсолютных величин воспринимаются человеком как одинаковые приращения   громкости.

Чтобы выразить отношение двух величин в логарифмических еди­ницах, надо измерить его единицами, пропорциональными логарифму этого отношения. отношение мощностей в логарифмических единицах на­звано в честь ученого Бела — белами. Удобнее использовать более мелкие единицы—децибелы (дБ)

Таким образом,   коэффициент   усиления мощности в децибелах:

Чтобы выразить в децибелах отношение напряжений или токов, надо брать 20 логарифмов этого отношения, учитывая, что отношение мощностей пропорционально квадрату отношения напряжений или токов (при условии равенства сопротивлений), а при логарифмиро­вании степени показатель степени служит множителем при логарифме основания.

Поэтому

Информация в лекции "Часть 2" поможет Вам.

Если какой-либо каскад имеет коэффициент усиления меньше еди­ницы, то в децибелах он получится со знаком минус.

Рассмотрим это, на числовом примере. Пусть в трехкаскадном уси­лителе известны коэффициенты усиления каждого каскада. Если они даны в отвлеченных числах: К1 = 40, К2 = 100, К3 = 0,8, то общий коэффициент усиления

а в децибелах:

К_дБ= 32+40-2=70дБ.

Алгебраическое суммирование коэффициентов усиления и их из­менений, а также других относительных величин, выраженных в де­цибелах, удобно для построения различных графиков и диаграмм уров­ней сигнала, а также уровня помех, динамического диапазона и ча­стотных характеристик.