Гусев - Электроника (944138), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Недостатки высокое напряжение и частота источника питания, снижение яркогл и в процессе работы. ГЛАВА 4 УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ й 4Л, ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, ИХ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРАХ И ХАРАКТЕРИСТИКАХ Частный случай управления энертией, при котором путем затраты неболыпого ес количества можно управлять энергией, во мното раз болыпей, называется усилением.
При этом необходимо, чтобы процесс управления являлся непрерывным, плавным и однозначным. Устройство, осуществляющее такое управление, называется у с и л и т е л е м. Если управляющая и управляемая энергии являются электрическими, такой усилитель называют усилителем электрических сигналов. Эти усилители широко используются во всех областях техники, По роду усилнваемых сигналов их подразделяют на усилители т'армоничсских сигналов и усилители импульсных сигналов. По характеру изменения усилнваемот о сигнала во времени усилители делят на усилители медленно изменяющихся сигналов.
которые часто называют усилителями нос т о я и н о т о т о к а, и усилители переменного тока, подразделяемые на усилители низкой частоты. высокой частоты, з~з гги а(град я нт -игра ра б) а) а град ри б д -я)рад г) д) г) Рис 4 (. Структура усилителя (и) и его характеристики: частогиая (б); фазоаая (а), фазоаая лля лиапазона низких частот (г); фазоаая лля диапазона высоких ысгот (г))„ачплитулно-фазоаая (е) з)6 широкополосные, избирательные, универсальные многофункциональные и пр. В зависимости от характера нагрузки и назначения различают усилители напряжения, тока, мощности. Такое разделение условно, так как в любом случае в конечном счете усиливается мощность. В зависимости от типа использованных в усилителе активных элементов различают усилители ламповые, полупроводниковые, магнитные, оптоэлектронные, диэлектрические. В ряде случаев усилители выполняют комбинированными с применением активных компонентов различных типов.
Кроме того, их иногда подразделяют на усилители прямого усиления и усилители с преобразованием усиливаемого сигнала. Структура усилителя и его характеристики приведены на рис. 4.),а е. Основные показатели усилителей электрического сигнала зависят от требований, предъявляемых к ним, и их конкретно) о назначения. Коэффициентом преобразования или коэффициентом передачи называют отношение выходного сигнала к входному. В частном случае, когда входное и выходное значения сигнала являются однородными, коэффициент преобразования называют коэффициентом усиления. Размерносгь и общепринятые обозначения коэффициента преобразования зависят от значений и величин входного и выходного сигналов, например 5=)',„„)Ä— коэффициент преобразования напряжения в ток: И'=Р„„„)р„„коэффициент преобразования тока в мощное)ь.
В зависимости от характера входной или выходной величин коэффициент усиления подразделяют на коэффициент усиления по напряжению К„=(I„„Д'„„; коэффициент усиления по току К,=1„„2'1„„; коэффициент усиления по мощности К =-Р„„„'Р,„. В ряде случаев коэффипиенты усиления выражают в логарифмических единицах —.депибслах (дЬ): К =-20!я((l„, 2Г ) К, = 20 !я ( 1„„ /1„„) (4.1) К„=)0 (й (Р„„„,2Р„„).
Логарифмические единицы удобны тем, что если известны коэффициенты усиления отдельных каскадов или узлов усилителя, общий коэффициент усиления которого равен произведению этих коэффициентов, то его находят как алгебраическую сумму логарифмических коэффициентов усиления отдельных каскадов. Коэффициенты усиления по напряжению и току, как правило. колшлексные величины„характеризуемые как модулем, так и фазой. Это связано с тем, что отдельные составляющие спектра сигнала усиливаются по-разному из-за наличия реактивных компонентов и инерционности активных приборов.
Отношение наибольшего допустимо~ о значения входного напряжения к его наименыпему допустимому значению называют динамическим диапазоном; 1) = бвх шах!(1, ~ 1)(ЧЬ) = 2013 (( вх юпак,'( вк пзы) (1 2) Введение коэффициента 12. характеризующего динамический диапазон, необходимо потому, что максимально допустимое входное напряжение усилителя о~раннчено искажениями сигнала. вызванными выходом рабочих точек усилительных каскадов за пределы линейного участка характеристики. Минимально допустимое напряжение обычно ограничено уровнем собственных шумов усилителя, на фоне которых полезный сигнал не удается выделить. В ряде случаев напряжением (7„„ы считается сигнал, который дает выходное напряжение, равное действующему значению напряжения шумов усилителя.
В общем случае входное и выходное сопротивления величины комплексные из-за наличия реактивных плементов во входной и выходной цепях. В рабочем диапазоне частот они обычно приближаются к активным. Выходная мощность характеризуется номинальной выходной мощностью. Под ней понимают мощность на выходе усилителя при рабоге на расчетную нагрузку и заданном коэффициенте гармоник или нелинейных искажений.
Коэффициент полезного лействия представляет собой отношение выходной мощности, отдаваемой усилителем в нагрузку, к общей мощности, потребляемой от источника шпания: 7) =Р„„1РО. Он характеризует энергетические показатели усилителя. 217 Характеристики преобразования показывак т, как преобразуется входной сигнал в зависимости ог параметров усилителя. Амплитудно - частотная характеристика усили1еля . — это зависимость модуля коэффициента усиления от частоты входного сигнала (рис. 4.1, о). Физо-час~ отная характерис гика зависимость угла сдвига фазы между выходным и входным напряжениями ог частоты (рис. 4.1,в). В ряде случаев для наглядности строя. фазовые характеристики отдельно для области низких и области верхних рабочих частот (рис.
4.!,Р, д). Амплитудно-фазовая характеристика — это построенная в полярной системе координат зависимоогь коэффициента усиления и фазового сдвига усилителя от частоты (рис. 4.! . е ). Она объединяет в себе амплитудно- и фазочастотные характеристики усилителя и предст.авляет собой годограф комплексного коэффициента К ()со). Амплитудная характеристика---зависимость амплитудного значения напряжения первой гармоники выходного напряжения от амплитуды синусоидального входного напряжения (рис. 4.2,а). Переходная характеристика -зависимость от времени выходного напряжения усилителя. на вход которого подан мгновенный скачок напряжения (рис.
4.2,6). Эта характеристика дает возможность определить переходные искажения. которые ~яг г кп ха оаыг а, 4гах и) Рис 4 З Ахгппигэпиая (гг~ и псрсхо,гпая (ггг харакгсрисгики уснпигспя. погггрифхгггяесаггс каракырисгикн апсрггггаиясскспо гасни (я] з!х в области малых времен характеризуются фронтом выходного напряжения и оцениваются временем установления (, и выбросом б. В области болыпих времен искажается вершина импульса. Эти искажения оценивают относительным значением спада плоской вершины ).=ЛК(()(Кс к моменту окончания импульса.
Переходные искажения вызваны наличием реактивных элементов в цепях усилителя и инерционностью активных компонентов. В ряде случаев амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики удобнее строить в логарифмической системе координат. При этом коэффициент усиления многокаскадного усилителя почти всегда может быль представлен как отношение полиномов в операторном виде (передаточная функция). Передаточная функция в наиболее общем виде связывае~ между собой входной и выходной сигналы; П (!~ту) К(Р)=Ко П(!г пр) г 1 здесь Ке- -коэффициент усиления на частоте, где выполняются условия т ш«1, тгв)«1 (при замене Р на Лв); т„и постоянные времени усилительного каскада; р оператор Лапласа. Прологарифмировав (4.3), получим 1я К (Р ) =! й Кв + ~ ! я (1+ т„р ) — ~~ ! я (! + т, Р ).
(4.4) (4.5) К(р)=1((1+тР). Если подставить у(о вместо оператора р, (4.5) примет вид К (((в) = 1((1+)(лт). (4.6) Модуль и аргумснг его соответственно равны !К(гв)(= — 201й гт'в~э+1: (4.7) <р ((о) = — агс(я гпт. (4.8) гш Построение логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) сводится к построению зависимости модуля каждого слагаемого выражения (4.4) от частоты, а затем к суммированию их ординат. Для упрощения операции суммирования ЛАЧХ каждого звена представляют в виде отрезков сопрягающихся друг с другом прямых. При этом вместо оператора Р подставляют уаь Для пояснения сущности этих операций рассмотрим построение ЛАЧХ каскада, коэффициент усиления которого определяется выражением (звено первого порядка) При упрощенном построении ЛАЧХ вводят следующие допущения; если сот < 1, то а'т- « 1 и этим членом можно пренебречь; если вс > 1, то пренебрегаем единицей, так как она значительно меньше члена в'т'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
