ГЛАВНАЯ
БАЗЫ ДАННЫХ
ИНФОРМАЦИОННЫЕ
СИСТЕМЫ
  УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ   
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СЕТИ
ЭЛЕКТРОНИКА
КОМПЬЮТЕР
ЗАРАБОТАЙ В СЕТИ
 
 

 

 

 

 

Коэффициенты усиления

 Коэффициент усиления — один из важнейших показателей усилителя. Он показывает, во сколько раз полезный эффект в заданной нагрузке на выходе усилителя больше эффекта, создаваемого источником сигналов на его входе (рис. 1.2.1).Полезный эффект на выходе может определяться напряжением, током или мощностью. В соответствии с этим усилитель характеризуют его коэффициентами усиления напряжения Кu, тока Кi или мощности Кр. Они определяются в установившемся режиме при синусоидальном входном сигнале.

Коэффициентом усиления мощности Кр называют число, показывающее, во сколько раз мощность Р2, отдаваемая усилителем в его оконечную нагрузку Zн, больше мощности Р1, подводимой к его входным зажимам:


Кр = Р21 (1.2.1)

Обычно интерес представляет активная мощность Р2, отдаваемая усилителем в нагрузку, и активная мощность Р1, забираемая им при этом от источника усиливаемых сигналов. В этом случае Кр определяется действительным числом.

Коэффициентом усиления напряжения (тока) усилителя называют отношение его выходного напряжения (тока ) к входному напряжению (току ):

(1.2.2)

(1.2.3)

Активный элемент (транзистор) вместе со всеми вспомогательными элементами, обеспечивающими его нормальную работу, образуют устройства, называемое усилительным каскадом. Если усиление, создаваемое таким устройством, оказывается недостаточным, применяют последовательное включение нескольких каскадов (рис 1.2.2). Результирующее усиление напряжения такого усилителя равно произведению коэффициентов усиления входящих в него каскадов, то есть

.

Аналогичный вывод можно сделать, если рассматривать результирующий коэффициент усиления тока или мощности. Таким образом, в общем случае

(1.2.4)


где Кq — коэффициент усиления q-го каскада по напряжению, току или мощности; n — число каскадов; КN — результирующий коэффициент усиления напряжения, тока или мощности соответственно.

 

Определение коэффициента усиления многокаскадного устройства существенно упрощается при использовании логарифмических единиц, так как в этом случае операция умножения заменяется более простой операцией суммирования. Так, для номинального коэффициента усиления многокаскадного усилителя

. (1.2.5)

Очень большое входное сопротивление полевых транзисторов приводит к тому, что при их использовании усилители практически не потребляют тока от источника усиливаемых колебаний (I1 0). Естественно, что использование коэффициентов усиления тока и мощности для оценки свойств таких усилителей лишается смысла. Поэтому их усилительные свойства характеризуют только коэффициентом усиления напряжения Кu.

Усилители на биполярных транзисторах обладают сравнительно малым входным сопротивлением и потребляют от источника сигналов заметный ток. Поэтому для таких транзисторных усилителей имеют смысл все три коэффициента усиления. Однако и в этом случае чаще всего пользуются коэффициентом усиления напряжения Кu , так как значения Кi и Кp при необходимости легко могут быть выражены через Кu.

Для случая гармонических входных сигналов коэффициент усиления представляется комплексной величиной, так как выходное напряжение усилителя отличается от входного как по амплитуде, так и по фазе. Поэтому входные и выходные сигналы напряжения выражаются комплексными величинами:

(1.2.6)

(1.2.7)

где Uвх, Uвых — амплитуды; j1, j2 — начальные фазы напряжений.

Отсюда коэффициент усиления усилителя может быть выражен соотношением

(1.2.8)

где — модуль;

j = j2j1 — аргумент коэффициента усиления усилителя в комплексной форме.

Таким образом, коэффициент усиления на любой частоте характеризуется модулем коэффициента усиления К и углом сдвига фаз между входным и выходным напряжениями. Так как эти величины (К и j) зависят от частоты входного сигнала, различают амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики усилителя.

Амплитудно-частотной (АЧХ) или частотной характеристикой (ЧХ) называют зависимость модуля коэффициента усиления от частоты (логарифма частоты). Типичная частотная характеристика усилителя представлена на рис. 3.2,а.

1—

      К       j     

 

         —2

 

 

f(lgf) f(lgf)

Uвх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                а) б) в)

Рис. 1.2.3. Амплитудно-частотная (а), фазо-частотная (б )и амплитудная (в)

характеристики усилителя (1 — идеальная, 2 — реальная)

 Фазо-частотной (ФЧХ) или фазовой характеристикой усилителя называют зависимость угла сдвига фаз между выходными и входными напряжениями от частоты (рис 1.2.3, б).

Амплитудная характеристика (АХ) есть зависимость амплитуды выходного напряжения усилителя от амплитуды входного напряжения постоянной частоты (рис 1.2.3, в). Идеальная амплитудная характеристика усилителя представляет собой прямую, проходящую через начало координат с углом наклона, характеризующим коэффициент усиления (кривая 1). Реальная амплитудная характеристика существенно отличается от идеальной для малых и больших входных напряжений сигнала (кривая 2). Это обуславливается нелинейностью характеристик элементов усилителя. Отклонение формы выходного напряжения от входного называют искажениями. Для оценки величины искажений часто применяют спектральный метод, который заключается в сравнении спектров выходного и входного напряжений. Совпадение спектров означает, что в спектре выходного напряжения не появились новые гармонические составляющие, а относительные значения амплитуд и фазовые сдвиги гармонических составляющих входных и выходных напряжений одинаковы. При невыполнении хотя бы одного из этих условий спектр выходного напряжения отличается от входного, то есть усилитель вносит искажения. В усилителе различают нелинейные и линейные искажения. Нелинейными искажениями называют изменение формы выходного напряжения, вызванное появлением новых гармонических составляющих. Они оцениваются коэффициентом гармоник

(1.2.9)

где Ui — амплитуда напряжений i-гармоники.

Коэффициент гармоник выражает отличие формы выходного сигнала от гармонической и представляет собой отношение среднеквадратичного напряжения суммы всех гармоник выходного сигнала, кроме первой, к среднеквадратичному напряжению первой гармоники.

Линейные искажения подразделяют на частотные и фазовые. Изменения формы выходного напряжения, вызванные отклонением относительных значений амплитуд гармонических составляющих спектра, называют частотными искажениями. Они оцениваются коэффициентом частотных искажений М, представляющим собой отношение коэффициента усиления на средней частоте К0 к коэффициенту усиления на данной частоте:

(1.2.10)

Фазовыми искажениями называют изменение формы выходного напряжения, вызванное различным сдвигом во времени гармонических составляющих.

Важными параметрами усилителя являются коэффициент полезного действия, его выходные и входные электрические величины, такие как номинальное выходное напряжение и мощность (Uвых, Рвых), входное сопротивление (Zвх), при котором усилитель отдает в нагрузку заданную мощность Рвых.

 

 
 
Сайт управляется системой uCoz