РАЗДЕЛ 10

ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛМТЕЛМ

СОДЕРЖАВ ИЕ

10-1, Технические характеристики усилителей.............

Источник сигнала, нагрузка и коэффициент усиления (452). Форма усиливаемых сигналов и разновидности усилителей (453). Частотные характеристики усилителей (454). Переходная характеристика (455). Уровень усиливаемых сигналов, амплитудная характеристика, нелинейные искажения (456). Шумы, фон (457). Динамический диапазон (458). Регулировки (459).

fO-2. Структурные схемы усилителей 10-3. Предварительные усилители .... Ламповый усилитель с резистивно-емкостной (RC) связью (462). Ламповый усилитель с трансформаторной связью (469). Транзисторный усилитель с резистивно-емкостной связью (475). Транзисторный усилитель с трансформаторной связью (482). Многокаскадные усилители (487).

10-4, Мощные усилители .......

Ламповый усилитель в режиме А (488). Двухтактная схема (491). Ламповые двухтактные усилители в режимах АВ и В (491). Ламповые фазо-инверторы (495). Мощный транзисторный каскад в режиме А (496). Транзисторный усилитель в режиме В (498). Варианты схем транзисторных двухтактных усилителей (499). Температурная стабилизация мощных транзисторных усилителей (500).

Стр.

460 462

10-5. Усилители с обратной связью . . . Общие принципы (501). Основные характеристики усилителя с обратной связью (502). Отрицательная обратная связь (503). Устойчивость усилителя с отрицательной обратной связью (504). Катодный повторитель (505). Эмиттер-ный повторитель (508). Фазоинверто-ры (510). Оконечные каскады с отрицательной обратной связью (512). Отрицательная обратная связь в многокаскадных усилителях (513). Паразитные обратные связи в многокаскадных усилителях (514).

10-6. Широкополосные усилители .... Предварительные замечания (515). Низкочастотная коррекция (515). Высокочастотная коррекция ламповых усилителей (516). Высокочастотная коррекция транзисторных усилителей (520).

10-7. Специальные типы усилителей . . Усилители постоянного тока (521). Усилители среднего значения (524). Избирательные усилители С-типа (524).

10-8. Регулировки в усилителях .... Регуляторы усиления (525). Регуляторы тембра (526).

10-9. Шумы в электронных усилителях . Собственный шум усилителя (527). Фон переменного тока (527).

10-10. Расчет низкочастотных трансформаторов .............

Литература............

Стр.

528 532

J0-1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

Источник сигнала, нагрузка и коэффициент усиления

В общем случае необходимость применения усилителя возникает при условии, что мощность источника сигнала недостаточна для нормального функционирования исполнительного устройства ( нагрузки ). Поэтому любой усилитель по существу является усилителем мощности. Но на практике это название предпочитают применять лищь в тех случаях, когда внутреннее сопротивле-мие источника сигнала соизмеримо с вход-

ным сопротивлением усилителя, а сопротивление нагрузки - с выходным сопротивлением усилителя {Rt~Rbx и Rbux~Ru,

рис. 10-1), т. е. когда во входной и выходной цепях усилителя выполняются условия, близкие к согласованию. Именно это часто бывает в транзисторных усилителях.

При точном согласовании, например, на входе {Rt=Rbx) источник сигнала отдает максимальную мощность, равную половине вырабатываемой им мощности:

г.расп -

2(/?r + -RBx) iRr

(10-1)

Величина Рг.расп является характеристикой источника и называется располагаемой мощностью.

Коэффициент усиления по мощности - отношение мощности Рн, развиваемой усилителем в нагрузочном сопротивлении, к

г Усилитель г

Рис. 10-1. Обозначение сопротивлений, напряжений и токов во входной и выходной цепях усилителя.

мощности Рвх, отдаваемой источником сигнала во входную цепь усилителя:

. (10-2)

где Он, Овх - активные проводимости нагрузки и входа. Этот коэффициент часто называют рабочим коэффициентом усиления по мощности в отличие от максимального коэффициента усиления по мощности Крс, который достигается при точном согласовании {Рт-Рвж\ Ръыж=Рш) и равен отношению располагаемых мощностей на выходе усилителя и источника сигнала:

вых 4/?вых

El /?в

->Кр, (10-3)

где вых - э. д. с. выходной цепи.

Если сопротивление нагрузки выхода усилителя много больше его выходного сопротивления (/?н>/?вых), то выход усилителя работает в режиме, близком к холостому ходу и развивает на нагрузке напряжение f/вых, практически равное э. д. с. £вых, а выходные ток и мощность пренебрежимо малы. Такой режим называется потенциальным выходом. При обратном соотношении {Rb €Рвых) выход усилителя работает в режиме, близком к короткому замыканию, выходной ток близок к Еыж/ Rbmt:, а выходные напряжение и мощность пренебрежимо малы. Такой режим называется токоеьш выходом.

Аналогично при /?вх> Rt входные ток и мощность пренебрежимо малы и сигнал на входе характеризуется только входным напряжением Ubx, близким к £г. В этом случае усилитель считается имеющим управление напряжением. При обратном соотношении Rbx с Яг сигнал на входе характеризуется только входным током, близким к Et/Rt, и выходные ток и напряжение пре-

небрежимо малы. В таком случае усилитель считается имеющим управление током.

Если усилитель управляется напряжением и имеет потенциальный выход, то он называется усилителем напряжения и его основной характеристикой служит коэффициент усиления по напряжению, не висящий от свойств источника сигнала и на-

грузки

(10-4)

Усилителями напряжения являются предварительные каскады ламповых усилителей и оконечные каскады видеоусилителей, нагрузкой которых служат электронно- лучевые трубки с электростатическим отклонением луча.

Вследствие хорошо разработанной методики измерений понятие о коэффициенте усиления напряжения применяют такжек транзисторным усилителям, хотя отмеченные выше условия в них часто не выполняются. При этом Ко зависит не только от свойств самого усилителя, но также от его нагрузки. В общем случае различают коэффициенты усиления по напряжению от входа усилителя

Ко = .(10-5а)

и ОТ э. д. с. источника сигнала

;С£=--. (10.56,)

Последняя величина учитывает не только усиление напряжения сигнала в самом усилителе, но также его ослабление делителем RtRb-h в цепи входа; она определяется не только свойствами самого усилителя, но также сопротивлением источника сигнала.

Если усилитель управляется током и имеет токовый выход, то его называют усилителем тока и характеризуют коэффициентом усиления тока

К,=. (10-5В) вх

Рассмотренные показатели связаны следующими соотношениями

--Ко; Ко -Z -

Кр =

(10-6)

Помимо перечисленных случаев с однородными условиями во входной и выходной цепях, возможны любые комбинации условий согласования, холостого хода и короткого замыкания, причем удобными характеристиками эффективности усилителей становятся размерные величины, например проводимость (крутизна) усиления

для усилителя, управляемого напряжением с токовым выходом.

в тесной связи со способами описания усилительных свойств усилителя оказываются два параметра - входное и выходное сопротивления (или проводимости) усилительного устройства. В относительно широкой полосе частот эти сопротивления бывают чисто активными, но в областях низших и высших частот они могут быть комплексными величинами.

Форма усиливаемых сигналов и разновидности усилителей

В соответствии с характером изменений напряжения (тока), которые должны воспроизводиться после усиления в цепи нагрузки, различают два основных класса усилителей: усилители постоянного тока и усилители переменного тока.

Усилители постоянного тока усиливают сколь угодно медленные изменения входного напряжения (тока), для чего в сигнальных цепях таких усилителей исключается применение разделительных конденсаторов и трансформаторных связей.

Усилители переменного тока предназначаются, для усиления колебаний, частота которых превышает некоторое граничное значение /н. При этом широко применяют реактивные элементы связи, значитель-Яо облегчающие построение усилителей.

В зависимости от формы усиливаемых сигналов и требований к сохранению тех или иных характеристик этих сигналов усилители подразделяются на ряд типов. Если к усилителю предъявляется только одно нз требований - прямой пропорциональности среднего значения напряжения (тока) в цепи нагрузки среднему значению входного напряжения, то такие усилители называются усилителями среднего значения. В более общем случае от усилителей требуют одинакового коэффициента усиления при подаче на вход синусоидальных колебаний любой частоты в пределах некоторой полосы частот от до /в- Если полоса частот Af= =/в-/н достаточно широка и приходится принимать особые меры для достижения постоянства коэффициента усиления, то усилитель часто называют широкополосным.

Широкополосные усилители, в которых производится коррекция фазовых сдвигов для различных гармонических составляющих входного сигнала, называются видеоусилителями и применяются в осциллографии и телевизионной технике. Разновидностью видеоусилителей являются импульсные усилители, предназначенные для усиления только импульсных сигналов.

При необходимости выделения особо слабых сигналов, действующих в узкой полосе частот, при наличии помех применяются избирательные усилители, которые наряду с усилением полезных сигналов эффективно ослабляют относительный уровень помех на частотах, лежащих за пределами рабочей полосы частот. Такие усилители применяются в радиоприемных устройствах, в измерительной технике и в системах телеуправления.

Частотные характеристики усилителей

Любой параметр, характеризующий усиление синусоидального колебания и связывающий напряжения или токи на входе и выходе усилителя, называется коэффициентом передачи. Приведенные выше выражения (10-2)-(10-7) коэффициентов передачи характеризуют работу усилительного устройства в установившемся режиме при воздействии на вход синусоидального колебания определенной частоты. Эти коэффициенты в общем случае зависят от частоты входного сигнала и могут быть представлены комплексной величиной вида

К (/со) = К (со) (10-8)

которая называется передаточной функцией в частотной форме. Здесь модуль К (со) характеризует отношение амплитуды выходного сигнала усилителя к амплитуде входного, а аргумент ф (ш) - сдвиг по фазе колебаний на выходе усилителя относительно фазы входных колебаний. Зависимость от частоты модуля /С (со) называется амплитудно-частотной характеристикой, а аргумента ф(со)-азо-частотной характеристикой усилителя.

о f

Рис. 10-2. Амплитудно-частотные характеристики усилителей.

а - постоянного тока; б - широкополосного; в - корректирующего усилителя воспроизведения магнитофонной записи; г - низкочастотного усилителя радиовещательного приемника с регулировкой тембра.

У усилителей постоянного тока амплитудно-частотная характеристика имеет такой же вид, как у фильтра нижних частот (рис. 10-2, а), а у усилителей переменного тока - как у полосового фильтра (рис. 10-2,6). Соответственно вводятся представления о граничных частотах усиления (нижней и высшей в), иа которых усиление снижается до определенного уровня

К(/н) = ; /с(/в) = -, (10-9)

где Ко - номинальный коэффициент усиления (на некоторой средней частоте), а Мв