1. Підсилювачі 1.1. Класифікація підсилювачів, основні визначення Підсилювачем називають пристрій, який призначений для підвищення потужності електричних коливань вхідного сигналу. Підвищення потужності вхідного сигналу досягається за рахунок енергії джерела живлення. Малопотужний вхідний сигнал лише керує передачею енергії джерела живлення в корисне навантаження. Електричні коливання підсилюються за допомогою підсилювальних елементів (ПЕ). Підсилювальні елементи отримують електричну енергію від джерела живлення і перетворюють її в енергію підсилювальних сигналів, тобто вони мають керуючі властивості. Керуюче джерело електричної енергії, від якого підсилюванні сигнали надходять на підсилювач, називається джерелом сигналу (ДС). Пристрій, який споживає підсилювальні сигнали, називається навантаженням (Н). Джерело енергії, яка перетворюється підсилювачем в енергію підсилювальних сигналів, називається джерелом живлення (ДЖ) підсилювача.
Підсилювачі широко застосовується: в радіозв’язку, в телебаченні, в звуковому кіно, в пристроях запису і відтворення звуку і зображення, в вимірювальній апаратурі, в автоматиці і телемеханіці, в електронних обчислювальних машинах, в космічних дослідженнях і.т.д. Класифікація підсилювачів Існують класифікації підсилювачів за різними ознаками, зокрема: за характером підсилювальних сигналів; за смугою підсилювальних сигналів; за призначенням підсилювачів; за видом застосованих підсилювальних елементів. I. За характером підсилювальних сигналів підсилювачі поділяються на: Підсилювачі гармонічних сигналів, це підсилювачі які призначені для підсилення гармонічних і квазігармонічних (майже гармонічних) сигналів різної форми і різного значення, тобто здійснюється підсилення гармонічних періодичних сигналів гармонічні складові яких змінюються значно повільніше від нестаціонарних процесів в колах підсилювача. До підсилювачів гармонічних сигналів відносяться: мікрофонні, звукові, трансляційні, вимірювальні та інші. 2.Підсилювачі імпульсних сигналів призначені для підсилення імпульсних періодичних і неперіодичних сигналів різної форми і різного значення. Нестаціонарні процеси в колах таких підсилювачів повинні протікати настільки швидко, щоб форма підсилювальних сигналів не спотворювалася. До підсилювачів імпульсних сигналів відносяться: імпульсні підсилювачі систем зв’язку, відеопідсилювачі телевізійних сигналів, імпульсні радіолокаційні підсилювачі, підсилювачі систем автоматичного регулювання. За шириною смуги підсилювальних сигналів: Підсилювачі змінного струму підсилюють тільки змінну складову корисного сигналу в смузі від нижньої частоти fн до вищої робочої частоти fв. Підсилювачі високої частоти призначені для підсилення коливань модульованих високою частотою. Відношення верхньої частоти спектру fв до нижньої fн близьке до одиниці ( fв / fн < 1,1). Наприклад підсилення радіосигналів, які приймає антена радіоприймача або телевізора. Підсилювачі проміжної частоти призначені для підсилення коливань модульованих проміжною частотою. Відношення верхньої частоти спектру fв до нижньої fн близьке до одиниці ( fв / fн < 1,1). Підсилювачі низької частоти. До підсилювачів низької частоти відносяться підсилювачі звукових частот, які підсилюють електричні коливання в смузі частот, які сприймаються людським вухом ( (f = 20Гц ( 20кГц ). Підсилювачі низьких частот призначені переважно для підсилення і перетворення первинних коливань давачів. Широкосмугові підсилювачі підсилюють дуже широку смугу частот і мають дуже велике відношення вищої робочої частоти до нижньої (вища частота ( одиниць МГц, а нижня ( від сотень герц до одиниць кГц). Вибіркові або селективні підсилювачі підсилюють сигнали в дуже вузькій смузі частот, за межами цієї смуги підсилення різко зменшується. В свою чергу вибіркові підсилювачі розділяють на резонансні, частотна характеристика яких має вигляд резонансної кривої і смугові підсилювачі, підсилення яких стале в вузькій смузі частот і різко зменшується за її межами. 7. Підсилювачі постійного струму призначені для підсилення електричних коливань в смузі частот від fн=0 до вищої частоти fв . Ці підсилювачі підсилюють як змінну, так і постійну складову сигналу. Підсилювачі постійного струму застосовуються в стабілізаторах постійної напруги, в автоматиці і телемеханіці, в аналогових обчислювальних і моделюючих машинах. III . За призначенням підсилювачі поділяються на: магнітофонні; телевізійні; радіолокаційні; вимірювальні; трансляційні; дальнього зв’язку. і.т.д. IV. За видом застосованих підсилювальних елементів. транзисторі ; лампові; магнітні; діодні; молекулярні; електромашинні. Підсилювачі на транзисторах і електронних лампах називають електронними оскільки принцип їх роботи оснований на електронних процесах, які відбуваються в напівпровідниках і вакуумі. Лінійні електронні підсилювачі ( це підсилювачі, які призначені для підсилення електричних сигналів без зміни їх форми. Основні дані підсилювача: Вихідні дані підсилювача: вихідна потужність ( Рн ; вихідна напруга ( Uн ; вихідний струм ( Iн ; вихідний опір підсилювача ( Zвих ; опір навантаження ( Zн . Для випадку, коли опір навантаження активний (Rн , то:
Вхідні дані підсилювача: вхідна напруга ( Uвх ; вхідний струм ( Iвх ; вхідна потужність ( Pвх ; вхідний опір підсилювача ( Zвх . Для випадку, коли вхідний опір активний ( Rвх :
1.2. Параметри і характеристики підсилювачів Коефіцієнт підсилення Коефіцієнт підсилення ( це один з основних параметрів підсилювача, він показує в скільки разів приріст підсиленої величини на виході підсилювача перевищує приріст відповідної величини на вході підсилювача. Коефіцієнт підсилення за напругою ( це відношення встановленого значення напруги сигналу на виході підсилювача до напруги сигналу на його вході
Деколи використовують поняття наскрізний коефіцієнт підсилення за напругою
В підсилювальній техніці використовуються також поняття коефіцієнт підсилення за струмом і коефіцієнт підсилення за потужністю Коефіцієнти є комплексними величинами та як вихідні величинами напруга і струм зсунуті за фазою відносно вхідних складових за рахунок реактивних складових опорів в колах підсилювача і на вантаження. Оскільки органи сприйняття людини підлягають логарифмічному закону, то часто модуль коефіцієнта підсилення виражають в логарифмічних одиницях ( децибелах або неперах)
Перевід значень коефіцієнтів підсилення, які виражені в децибелах в відносні одиниці можна виконати використовуючи наступні вирази
Для багатокаскадного підсилювача сумарний коефіцієнт підсилення в залежності від того в яких одиницях він нормується визначається такими виразами
де n ( кількість каскадів підсилювача. Коефіцієнт корисної дії підсилювача визначається як відношення потужності сигналу на навантаженні Рн до потужності споживаної від джерела живлення Р0
Коефіцієнт корисної дії потужних підсилювачів це відношення потужності, яка віддається в навантаження до сумарної потужності Р(, яка споживається від усіх джерел живлення
Власні шуми підсилювача Напруга шумів обмежує чутливість підсилювача і не дозволяє підсилювати сигнали низького рівня. На вхід підсилювача можна підводити корисний сигнал значення якого є більше від рівня власних його шумів. Власні шуми підсилювача виникають з наступних причин: наведення, фон, шуми мікрофонного ефекту; теплові шуми; шуми підсилювальних елементів. Наведення – це напруга у вхідному колі підсилювача, яка виникає від дії на підсилювач сторонніх джерел сигналів і перешкод. Наведення виникає від діє на вхід підсилювача сусідніх підсилювачів, електродвигунів трансформаторів, генераторів і.т.п. Усувається шляхом екранування, введенням у спільні кола живлення розв’язуючих фільтрів. Фон – це періодична напруга у вихідному підсилювача частота якої кратна частоті змінної напруги, яка живить підсилювач. Усувається шляхом введенням розв’язуючих фільтрів у спільні кола живлення. Шуми від мікрофонного ефекту зумовлені механічними коливаннями, які діють на підсилювальний елемент і зумовлені: вібрацією, ударами, акустичними коливаннями, прискоренням і.т.п. Шуми від мікрофонного ефекту усуваються за рахунок використання інших видів підсилювальних елементів, а також застосування амортизації. Напруга теплових або термічних шумів - це неперіодична хаотична напруга, яка виникає в провідниках і елементах на вході підсилювача і зумовлена тепловим рухом електронів. Ця напруга залежить від смуги частот, які пропускає підсилювач, опору вхідного кола підсилювача і температури. .
