Меню

Как определить коэффициент усиления по мощности для усилителя



Показатели усилителя

Основными показателями усилителя являются выходное напряжение или выходная мощность, коэффициент усиления, допустимые искажения, частотная, фазовая и амплитудная характеристики, динамический диапазон частот, коэффициент полезного действия и уровень собственных шумов.

Выходным номинальным напряжением (мощностью) усилителя называется наибольшее значение напряжения (мощности) сигнала на выходе усилителя, при котором искажения не превышают величин, оговоренных в техническом задании. Величина выходного напряжения или мощности определяется уровнем сигнала, который необходимо выделить на нагрузке: например, если нагрузкой является электроннолучевая трубка, то задаются выходным напряжением; если на выходе стоит динамик, то задаются выходной мощностью.

Коэффициентом усиления называется отношение напряжения, тока или мощности сигнала на выходе усилителя соответственно к напряжению, току или мощности сигнала на входе усилителя.

Входное напряжение, ток и мощность связаны соотношениями

Эти же величины на выходе:

Тогда, согласно определению, коэффициент усиления по напряжению

где Ki — коэффициент усиления по току. Коэффициент усиления по мощности:

При значениях К u или K i больше единицы К p может стать меньше единицы. Но при определенных соотношениях между сопротивлениями R вых и R вх можно получить усиление по мощности больше единицы, если даже коэффициент усиления по напряжению (или по току) меньше единицы.

На практике коэффициенты усиления часто выражают в логарифмических единицах — децибелах:

К (дб0 = 20 lgK u = 20 lgK i = 10 lgK p . (222)

Если К = 1 дб, то U вых /U вх =10 К дб /20 = 10 0,05 = 1,12,

т. е. усилению в 1 дб соответствует увеличение выходного напряжения на 12% по отношению к напряжению на входе. Например, если U вых /U вх = 10, то К = 20 дб; если U вых /U вх =100, то К=40 дб.

Форма сигнала на выходе усилителя должна соответствовать форме сигнала на его входе. В противном случае усилитель будет вносить искажения в усиливаемый сигнал. Различают три вида искажений при усилении: нелинейные, частотные и фазовые.

Причиной нелинейных искажений являются нелинейные элементы схемы. Частотные искажения связаны с искажением формы выходного сигнала вследствие неравномерного усиления составляющих сложного сигнала в полосе рабочих частот.

Зависимость коэффициента усиления от частоты: К = φ (F) называется частотной характеристикой усилителя . Идеальная частотная характеристика проходит параллельно оси частот, это означает, что сигналы всех частот усиливаются одинаково. В действительности же имеет место неравномерность усиления сигналов разной частоты.

Область частот, в пределах которой изменения коэффициента усиления не превышают величин, оговоренных в технических условиях, называется полосой пропускания или диапазоном частот усилителя. На рис. 132, а показана частотная характеристика усилителя, которому свойственно уменьшение усиления в области верхних частот.

Рис. 132. Частотная (а); фазовая (б) и амплитудная (в) характеристики усилителя: — реальные; —идеальные.

Количественно частотные искажения оценивают коэффициентом частотных искажений М, который представляет собой отношение коэффициента усиления на средней частоте рабочего диапазона К ср к коэффициенту усиления на крайней рабочей частоте К кр :

Если усилитель состоит из n каскадов, то общий коэффициент частотных искажений равен произведению коэффициентов частотных искажений отдельных каскадов:

М общ = М I М I I . М n .

Частотные искажения обычно выражают в децибелах:

М общ (дб) = М I(дб) + М I I(дб) + . + М n (дб)

Фазовые искажения возникают из-за нарушения сдвига фаз между составляющими сложного сигнала вследствие наличия в схеме усилителя реактивных элементов. Если при усилении сдвиг фаз между составляющими сложного сигнала сохраняется неизменным либо изменяется, но пропорционально частоте, то в этих случаях фазовые искажения отсутствуют. Так, если на выход усилителя поступает сигнал

u вх = U m1 sin ωt+ U m2 sin 2ωt + U m3 sin 3ωt,

а на выходе появится напряжение

то все составляющие выходного сигнала оказываются сдвинутыми на одно и то же время Это свидетельствует о том, что форма сигнала осталась прежней и фазовые искажения действительно отсутствуют.

Зависимость сдвига фазы от частоты называется фазовой характеристикой усилителя ( рис. 132, б ). По отклонению реальной характеристики усилителя от прямой можно судить о степени ожидаемых фазовых искажений.

Для оценки искажений при усилении импульсных сигналов пользуются переходными характеристиками, представляющими собой зависимость мгновенного значения выходного напряжения от времени при подаче на вход прямоугольного скачка напряжения. Форма скачка на выходе отличается от прямоугольной вследствие линейных искажений, вызываемых наличием в схеме реактивных элементов. Они проявляются в виде наклона фронта импульса, выброса импульса, завала плоской его вершины.

Зависимость выходного напряжения усилителя от входного при постоянной частоте сигнала называется амплитудной характеристикой усилителя ( рис. 132, в ). При малых входных сигналах она имеет изгиб, обусловленный наличием собственных шумов в усилителе (наводки, фон, тепловые шумы и т. д.). Изгиб в верхней части характеристики при больших входных сигналах вызван перегрузкой со стороны входа усилителя. Рабочим участком амплитудной характеристики является ее линейный участок.

Читайте также:  Мощность потребляемая электромагнитными замками

Отношение максимального входного напряжения усилителя к минимальному входному напряжению сигнала называется динамическим диапазоном усилителя:

Усилитель будет работать с малыми искажениями при условии, если D у будет больше динамического диапазона сигнала:

Коэффициент полезного действия является важным параметром, определяющим экономичность усилителя. Различают электрический и промышленный к. п. д. усилителя.
Электрический к. п. д. представляет собой отношение мощности Р, развиваемой усилителем, к мощности P 0 , потребляемой усилителем от источника анодного питания:

Промышленный к. п. д. определяется отношением полезной мощности, развиваемой усилителем, к мощности Р 0 , потребляемой от источника питания:

Промышленный к. п. д. меньше электрического, так как он учитывает потери мощности источника питания в цепях накала, в цепях управляющей и экранирующей сеток.

Источник

ГЛАВА 4. УСИЛИТЕЛИ

4.1. Структурная схема усилителя

Усилителем называется устройство, предназначенное для усиления мощности входного сигнала. Усиление происходит с помощью активных элементов за счет потребления энергии от источника питания. Активными элементами в усилителях чаще всего являются транзисторы; такие усилители принято называть полупроводниковыми, или транзисторными. В любом усилителе входной сигнал управляет передачей энергии источника питания в нагрузку.

Принцип действия усилительного каскада удобно пояснить с помощью схемы, приведенной на рис.4.1. Основой усилителя являются два элемента: резистор R и управляемый активный элемент АЭ транзистор, сопротивление которого изменяется под действием входного сигнала Uвх . За счет изменения сопротивления АЭ изменяется ток, протекающий от источника питания с напряжением Eп в цепи резистора R и АЭ. В результате будут меняться падение напряжения на резисторе, а следовательно, и выходное напряжение Uвых. Здесь процесс усиления основан на преобразовании энергии источника питания Eп в энергию выходного напряжения.

Рассмотрим структурную схему усилительного каскада, приведенную на рис.4.2. Усилитель представлен как активный четырехполюсник. Источник входного сигнала показан в виде генератора напряжения Eг, имеющего внутреннее сопротивление Rг. На выходе усилителя включен резистор нагрузки Rн. Ни генератор Eг , ни нагрузка не являются частями усилительного каскада, но довольно часто играют значительную роль в его работе. Усилитель на рис.4.2 представляется своими входным Rвх и выходным Rвых сопротивлениями.

По роду усиливаемой величины различают усилители напряжения, тока и мощности.

Удобно подразделять усилительные каскады по соотношению величин Rвх и Rг . Если в усилителе Rвх>>Rг, то он является усилителем напряжения. В усилителе тока Rвх » R г ,

По соотношению между величинами Rвых и Rн также можно разделить усилители на усилители напряжения (Rвых >Rн), и мощности, которые работают на согласованную нагрузку (Rвых » Rн ).

Как правило усилитель состоит из нескольких усилительных каскадов (рис.4.3). Первый каскад называется входным, а последний — выходным ил

и оконечным. Входной каскад осуществляет согласование усилителя с источником входного сигнала, поэтому усилитель напряжения должен иметь большое входное сопротивление. Кроме того, крайне желательно, чтобы входной каскад имел минимальный коэффициент шума.

Выходной каскад многокаскадного усилителя чаще всего является усилителем мощности и призван работать на низкоомную нагрузку. Поэтому требуется, чтобы выходной каскад имел большую допустимую мощность, малое выходное сопротивление, высокий коэффициент полезного действия и малый коэффициент гармоник. Промежуточные каскады необходимы для обеспечения заданного усиления, т.е. основным их параметром является коэффициент усиления ( по напряжению).

Соединение каскадов между собой в многокаскадном усилителе может быть осуществлено различными способами. Один из широко распространенных способов для усилителей переменного тока или напряжения реализуется с помощью разделительных емкостей. Такой усилитель называется усилителем с емкостной связью. Для усилителей постоянного тока используется непосредственная (гальваническая) связь. Отметим, что непосредственная связь между каскадами широко представлена в ИС.

4.2 Основные параметры и характеристики

Одними из основных параметров усилителя является коэффициент усиления. Различают три коэффициента усиления: по напряжению , по току и по мощности . Для усилителей возможны различные значения коэффициентов, но принципиально то, что Kp всегда должен быть больше единицы. Максимальные значения коэффициентов усиления могут достигать 10 6 .

Общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов. Так, для Ku можно записать

Коэффициент усиления часто выражают в логарифмических единицах — децибелах (дБ): Ku =20lg(Uвых /Uвх )=20lgKu.

Аналогично в децибелах можно представить Ki и Kp. Для Kp справедлива следующая запись:

Выражение коэффициентов усиления в децибелах связано с тем, что человеческое ухо реагирует на звуковые колебания в соответствии с логарифмическим законом слухового восприятия.

Читайте также:  Встраиваемый электрический духовой шкаф мощность подключения это

Если коэффициент усиления каждого каскада выражен в децибелах, то общее усиление многокаскадного усилителя

Помимо усиления сигнала необходимо, чтобы усилитель не изменял его формы, т.е. в идеальном случае точно повторял все изменения (напряжения или тока). Отклонение формы выходного сигнала от формы входного сигнала принято называть искажениями. Искажения бывают двух видов: нелинейные и частотные.

Нелинейные искажения определяются нелинейностью ВАХ транзисторов, на которых собран усилитель. Так, при подаче на вход усилителя сигнала синусоидальной формы выходной сигнал не является чисто синусоидальным, он будет содержать составляющие высших гармоник. Это просто пронаблюдать с помощью входной ВАХ биполярного транзистора, которая имеет форму экспоненты, а не прямой линии. Искажения этого вида оцениваются коэффициентом гармоник (коэффициентом нелинейных искажений) Kг.

, где U1 ,U2 ,U3 — значения напряжений сигнала в выходной цепи усилителя для основной, второй и третьей гармоник соответственно.

При оценке нелинейных искажений в большинстве случаев учитывают только вторую и третью гармоники, поскольку более высокие гармоники имеют малую мощность. В многокаскадных усилителях общий Kг можно принять равным сумме коэффициентов гармоник всех каскадов. На практике же основные искажения вносятся выходным (иногда предвыходным) каскадом, который работает на больших амплитудах сигналов.

Для приближенной оценки нелинейных искажений можно воспользоваться амплитудной характеристикой усилителя (рис.4.4), представляющей собой зависимость амплитуды выходного напряжения Uвых от амплитудного значения входного сигнала Uвх неизменной частоты. При небольших Uвх амплитудная характеристика практически линейна. Угол ее наклона определяется коэффициентом усиления на данной частоте. Изменение угла наклона при больших Uвх указывает на появление искажений формы сигнала.

Частотные искажения определяются зависимостями параметров транзисторов от частоты и реактивными элементами усилительных устройств. Эти искажения зависят лишь от частоты усиливаемого сигнала. Зависимость Ku усилителя от частоты входного сигнала принято называть амплитудно-частотной (частотной) характеристикой (АЧХ). С помощью АЧХ (рис.4.5) можно представить коэффициенты частотных искажений на низшей Mн и высшей Mв частотах заданного диапазона работы усилителя: и .

Обычно допустимые значения коэффициентов частотных искажений не превышают 3 дБ. Отметим, что D f=fв -fн принято называть полосой пропускания усилителя.

В усилителях звуковых частот fн » 20Гц и fв » 15кГц; в широкополосных усилителях fв может достигать десятков мегагерц; в частотно-избирательных усилителях fн » fв и для высокочастотных вариантов может достигать сотен мегагерц; в усилителях постоянного тока (УПТ) fн=0, а fв может составлять несколько десятков мегагерц.

Необходимо отметить, что в усилителях имеют место фазовые сдвиги между входным и выходным сигналами, которые могут привести к появлению фазовых искажений. Фазовые искажения проявляются лишь при нелинейной зависимости фазового сдвига от частоты. Эту зависимость принято называть фазочастотной (фазовой) характеристикой (ФЧХ) усилителя. Частотные и фазовые искажения являются линейными искажениями и обусловлены одними и теми же причинами, причем большим частотным искажениям соответствуют большие фазовые искажения, и наоборот.

Помимо рассмотренных параметров и характеристик часто необходимо знать коэффициент полезного действия (КПД) усилителя, коэффициент шума, стабильность, устойчивость работы, чувствительность к внешним помехам и др. Важнейшим параметром усилителей мощности является коэффициент полезного действия h :

Pн — где мощность, выделяемая на нагрузке усилителя; P — мощность, потребляемая усилителем от внешнего источника питания. Величина h всего усилителя определяется главным образом h выходного каскада.

Основные параметры и характеристики усилителей зависят как от числа каскадов, так и от типа активного элемента (транзистора) и способа его включения в усилительном каскаде.

4.3 Расчет основных параметров усилительного каскада

В рабочем (динамическом) режиме, т.е. когда в выходную цепь транзистора включено сопротивление нагрузки, а на вход подается переменный сигнал, характеристики и параметры транзистора нельзя рассматривать вне связи со схемой.

В общем случае сопротивление нагрузки может быть реактивным, смешанным или чисто активным. Рассмотрим случай чисто активной нагрузки.

Характеристики и параметры транзистора, работающего в рабочем (динамическом), режиме называют рабочими или динамическими.

Рабочие или динамические параметры транзистора связывают малые изменения токов и напряжений транзистора в динамическом режиме. Такими параметрами являются входные и выходные сопротивления, величина которых определяет условия согласования транзистора с источником сигнала и с нагрузкой, и коэффициенты усиления тока, напряжения и мощности. Каждый из этих параметров можно определить следующим образом.

Входное сопротивление — сопротивление входной цепи транзистора для переменного входного тока, при Rн =0

Выходное сопротивление — сопротивление выходной цепи транзистора для переменного выходного тока при Rн = 0

Динамический коэффициент усиления по току .

Динамический коэффициент усиления по напряжению .

Читайте также:  Резервная мощность дгу это

Динамический коэффициент усиления по мощности

В случае усиления малых синусоидальных сигналов рабочие параметры можно определить как отношение амплитуд токов и напряжений.

Графическая зависимость между протекающими токами и приложенными напряжениями для транзистора, включенного в рабочую схему, определяется динамическими характеристиками. Так же, как и в статическом режиме, можно экспериментально снять или построить входные и выходные динамические характеристики.

Практически для того, чтобы произвести полный расчет динамического режима работы и рабочих параметров транзистора, необходимо иметь два семейства статических характеристик: входные и выходные, на которых должны быть построены входная и выходная динамические характеристики, соответственно. Для построения выходной динамической характеристики на семействе статических выходных характеристик , строится нагрузочная прямая. Т.к. по закону Кирхгофа

где Eк — напряжение источника питания в выходной цепи,

Rн — сопротивление нагрузки, ,

то нагрузочная прямая может быть построена по двум точкам, при условии что известны значения Ек и Rн :

Точки пересечения нагрузочной прямой со статическими характеристиками и определяют ход выходной динамической характеристики. Построение входной динамической характеристики на семействе входных статических характеристик может быть произведено либо с помощью уравнений (при известных Eк и Rн), либо путем переноса из построенной выходной динамической характеристики. В последнем случае, для точек пересечения динамической выходной характеристики со статическими, определяются значения Iвх (для которого снята данная выходная статическая характеристика) и Uвых , полученные значения переносятся на семейство статических входных характеристик. Соединяя полученные точки плавной кривой получают входную динамическую характеристику.

Построение выходной и входной динамических характеристик транзистора, включенного с ОБ, показано на рис.4.6.

Для некоторых транзисторов статические входные характеристики располагаются очень близко друг к другу. В этом случае приближенно считают, что входная динамическая характеристика совпадает со статической снятой при Uк > 0,5 — 5 В.

При выборе динамического режима работы транзистора. работающего в качестве усилителя малых сигналов низкой частоты, следует помнить, что:

1. Изменения переменных токов и напряжений должно происходить только в активной области не заходя в область насыщения и отсечки.

2. Динамический режим работы транзистора ограничен максимально допустимыми значениями:

а)I э макс.-максимально допустимый ток эмиттера, определяемый мощностью эмиттерного перехода,

б)Uк макс. — максимально допустимое напряжение коллектора, определяемое напряжением пробоя,

в) Pк. макс. доп. — допустимая мощность рассеивания коллекторного перехода.

На рис. 4.7 показана область, за пределы которой не должна выходить рабочая точка при работе транзистора в качестве усилителя.

3. Если ставится условие работы без нелинейных искажений, т.е. условие точного воспроизведения на выходе транзистора формы сигнала, поданного на вход, то изменения переменных токов и напряжений должны происходить на участке выходной динамической характеристики, для которого изменения выходного тока прямо пропорциональны изменениям входного тока. Кроме того, т.к. нелинейные искажения в транзисторах в очень большой степени определяются нелинейностью входной динамической характеристики, необходимо, чтобы изменения переменных токов и напряжений лежали бы на прямолинейном участке входной динамической характеристики.

В соответствии с этими условиями определяются значения сопротивления нагрузки Rн и постоянных напряжений, подаваемых на эмиттерный и коллекторный переходы.

В качестве примера рассмотрим одиночный каскад усилителя на транзисторе (рис.4.8).

В данной схеме используется фиксированное смещение от отдельного источника Eсм, с помощью которого задается положение рабочей точки на входной динамической характеристике. Величина Rн составляет, как правило, несколько кОм, что значительно меньше выходного сопротивления, а Ek — порядка 10В.

Предположим, что статические характеристики транзистора показаны на рис.4.9а,б, и что заданы Rн и Eк .

Выходную динамическую характеристику можно построить по двум точкам. Считаем , что входная динамическая характеристика совпадает со статической, снятой при Uк=-5В. Если задано условие получения минимальных нелинейных искажений, то изменения переменных токов и напряжений на динамических характеристиках не должны выходить за пределы участка аб рис.4.9.

Участок динамической характеристики, в пределах которого происходят изменения переменных токов и напряжений, называется рабочим участок.

Если на вход транзистора подается синусоидальный сигнал вида :

то для того, чтобы обеспечить работу на выбранном рабочем участке а б , на вход надо подать переменный сигнал с амплитудой

и постоянную составляющую тока

Тогда легко можно рассчитать:

1. Динамический коэффициент усиления по току

2. Динамический коэффициент усиления по напряжению

3. Динамический коэффициент усиления по напряжению

4. Входное сопротивление переменному току :

5. Выходное сопротивление переменному току .

Сайт ориентирован на работу в INTERNET EXPLORER 4.0 и выше.
Разрешение 800х600 и больше. Используйте кнопку F11

Источник

Как определить коэффициент усиления по мощности для усилителя



Показатели усилителя

Основными показателями усилителя являются выходное напряжение или выходная мощность, коэффициент усиления, допустимые искажения, частотная, фазовая и амплитудная характеристики, динамический диапазон частот, коэффициент полезного действия и уровень собственных шумов.

Выходным номинальным напряжением (мощностью) усилителя называется наибольшее значение напряжения (мощности) сигнала на выходе усилителя, при котором искажения не превышают величин, оговоренных в техническом задании. Величина выходного напряжения или мощности определяется уровнем сигнала, который необходимо выделить на нагрузке: например, если нагрузкой является электроннолучевая трубка, то задаются выходным напряжением; если на выходе стоит динамик, то задаются выходной мощностью.

Коэффициентом усиления называется отношение напряжения, тока или мощности сигнала на выходе усилителя соответственно к напряжению, току или мощности сигнала на входе усилителя.

Входное напряжение, ток и мощность связаны соотношениями

Эти же величины на выходе:

Тогда, согласно определению, коэффициент усиления по напряжению

где Ki — коэффициент усиления по току. Коэффициент усиления по мощности:

При значениях К u или K i больше единицы К p может стать меньше единицы. Но при определенных соотношениях между сопротивлениями R вых и R вх можно получить усиление по мощности больше единицы, если даже коэффициент усиления по напряжению (или по току) меньше единицы.

На практике коэффициенты усиления часто выражают в логарифмических единицах — децибелах:

К (дб0 = 20 lgK u = 20 lgK i = 10 lgK p . (222)

Если К = 1 дб, то U вых /U вх =10 К дб /20 = 10 0,05 = 1,12,

т. е. усилению в 1 дб соответствует увеличение выходного напряжения на 12% по отношению к напряжению на входе. Например, если U вых /U вх = 10, то К = 20 дб; если U вых /U вх =100, то К=40 дб.

Форма сигнала на выходе усилителя должна соответствовать форме сигнала на его входе. В противном случае усилитель будет вносить искажения в усиливаемый сигнал. Различают три вида искажений при усилении: нелинейные, частотные и фазовые.

Причиной нелинейных искажений являются нелинейные элементы схемы. Частотные искажения связаны с искажением формы выходного сигнала вследствие неравномерного усиления составляющих сложного сигнала в полосе рабочих частот.

Зависимость коэффициента усиления от частоты: К = φ (F) называется частотной характеристикой усилителя . Идеальная частотная характеристика проходит параллельно оси частот, это означает, что сигналы всех частот усиливаются одинаково. В действительности же имеет место неравномерность усиления сигналов разной частоты.

Читайте также:  Что может блендер мощностью 700 ватт

Область частот, в пределах которой изменения коэффициента усиления не превышают величин, оговоренных в технических условиях, называется полосой пропускания или диапазоном частот усилителя. На рис. 132, а показана частотная характеристика усилителя, которому свойственно уменьшение усиления в области верхних частот.

Рис. 132. Частотная (а); фазовая (б) и амплитудная (в) характеристики усилителя: — реальные; —идеальные.

Количественно частотные искажения оценивают коэффициентом частотных искажений М, который представляет собой отношение коэффициента усиления на средней частоте рабочего диапазона К ср к коэффициенту усиления на крайней рабочей частоте К кр :

Если усилитель состоит из n каскадов, то общий коэффициент частотных искажений равен произведению коэффициентов частотных искажений отдельных каскадов:

М общ = М I М I I . М n .

Частотные искажения обычно выражают в децибелах:

М общ (дб) = М I(дб) + М I I(дб) + . + М n (дб)

Фазовые искажения возникают из-за нарушения сдвига фаз между составляющими сложного сигнала вследствие наличия в схеме усилителя реактивных элементов. Если при усилении сдвиг фаз между составляющими сложного сигнала сохраняется неизменным либо изменяется, но пропорционально частоте, то в этих случаях фазовые искажения отсутствуют. Так, если на выход усилителя поступает сигнал

u вх = U m1 sin ωt+ U m2 sin 2ωt + U m3 sin 3ωt,

а на выходе появится напряжение

то все составляющие выходного сигнала оказываются сдвинутыми на одно и то же время Это свидетельствует о том, что форма сигнала осталась прежней и фазовые искажения действительно отсутствуют.

Зависимость сдвига фазы от частоты называется фазовой характеристикой усилителя ( рис. 132, б ). По отклонению реальной характеристики усилителя от прямой можно судить о степени ожидаемых фазовых искажений.

Для оценки искажений при усилении импульсных сигналов пользуются переходными характеристиками, представляющими собой зависимость мгновенного значения выходного напряжения от времени при подаче на вход прямоугольного скачка напряжения. Форма скачка на выходе отличается от прямоугольной вследствие линейных искажений, вызываемых наличием в схеме реактивных элементов. Они проявляются в виде наклона фронта импульса, выброса импульса, завала плоской его вершины.

Читайте также:  Мощность при нагреве тэна

Зависимость выходного напряжения усилителя от входного при постоянной частоте сигнала называется амплитудной характеристикой усилителя ( рис. 132, в ). При малых входных сигналах она имеет изгиб, обусловленный наличием собственных шумов в усилителе (наводки, фон, тепловые шумы и т. д.). Изгиб в верхней части характеристики при больших входных сигналах вызван перегрузкой со стороны входа усилителя. Рабочим участком амплитудной характеристики является ее линейный участок.

Отношение максимального входного напряжения усилителя к минимальному входному напряжению сигнала называется динамическим диапазоном усилителя:

Усилитель будет работать с малыми искажениями при условии, если D у будет больше динамического диапазона сигнала:

Коэффициент полезного действия является важным параметром, определяющим экономичность усилителя. Различают электрический и промышленный к. п. д. усилителя.
Электрический к. п. д. представляет собой отношение мощности Р, развиваемой усилителем, к мощности P 0 , потребляемой усилителем от источника анодного питания:

Промышленный к. п. д. определяется отношением полезной мощности, развиваемой усилителем, к мощности Р 0 , потребляемой от источника питания:

Промышленный к. п. д. меньше электрического, так как он учитывает потери мощности источника питания в цепях накала, в цепях управляющей и экранирующей сеток.

Источник

Коэффициент усиления

Поскольку усилители способны увеличивать величину входного сигнала, полезно иметь возможность оценивать способность усилителя усиливать с точки зрения отношения выход/вход. Технический термин для отношения величин выход/вход – коэффициент усиления. Как отношение равных единиц измерения (выходная мощность / входная мощность, выходное напряжение / входное напряжение, или выходной ток / входной ток), коэффициент усиления естественно является безразмерной величиной. В формулах коэффициент усиления обозначается заглавной буквой «A».

Например, если на вход усилителя подается переменное напряжение 2 вольта RMS (среднеквадратичное значение), а на выходе получаем переменное напряжение 30 вольт RMS, то коэффициент усилителя по переменному напряжению равен 30, деленное на 2, что равно 15:

Соответственно, если мы знаем коэффициент усиления усилителя и величину входного сигнала, то можем вычислить его величину на выходе. Например, если на усилитель с коэффициентом усиления по переменному току, равным 3,5, подать сигнал с величиной переменного тока 28 мА RMS, то на выходе получим 28 мА, умноженное на 3,5, то есть 98 мА:

Читайте также:  Регулятор мощности для амперметра

В последних двух примерах я специально указал коэффициенты усиления и величины сигналов с уточнением «переменный». Это было сделано намеренно, и иллюстрирует важную концепцию: электронные усилители часто по-разному реагируют на входные сигналы переменного и постоянного тока, и могут усиливать их в разной степени. Другими словами, усилители часто усиливают изменения в величине входного сигнала (переменный ток) при различных коэффициентах, чем постоянные величины входного сигнала (постоянный ток). Конкретные причины для этого слишком сложны, чтобы объяснить их на данном этапе обучения, но об этом факте всё равно стоит упомянуть. При расчетах коэффициента усиления, прежде всего, нужно понимать, с какими типами сигналов и коэффициентов усиления мы имеем дело, с переменным или постоянным током.

Коэффициенты усиления электронных усилителей могут быть выражены в отношении напряжения, тока, и/или мощности, и для переменного, и для постоянного тока. Краткое определение коэффициента усиления состоит следующем: треугольный символ «дельта» (Δ) в математике означает изменение, то есть «ΔUвых/ΔUвх» означает «отношение изменения выходного напряжения к изменению входного напряжения» или, проще говоря, «отношение выходного переменного напряжения к входному переменному напряжению»:

Коэффициенты усиления для сигналов постоянного тока Коэффициенты усиления для сигналов переменного тока
Напряжение \[A_U = \frac>>\] \[A_U = \frac<\Delta U_<вых>><\Delta U_<вх>>\]
Ток \[A_I = \frac>>\] \[A_I = \frac<\Delta I_<вых>><\Delta I_<вх>>\]
Мощность \[A_P = \frac>>\] \[A_P = \frac< (\Delta U_<вых>) (\Delta I_<вых>) > < (\Delta U_<вх>) (\Delta I_<вх>)>\]
\[A_P = (A_U)(A_I)\]

Если несколько усилителей стоят последовательно, соответствующие коэффициенты усиления этих усилителей формируют общий коэффициент усиления, равный произведению отдельных коэффициентов усиления (рисунок ниже).

Если подать сигнал напряжением 1 В на вход усилителя с коэффициентом усиления 3 на рисунке ниже, на выходе первого усилителя будет сигнал 3 В, который будет усилен в 5 раз вторым каскадом усиления, и в итоге получим на выходе 15 В.

общее усиление Коэффициент усиления цепи каскадов усилителей равно произведению отдельных коэффициентов усиления.

Источник