Основні технічні параметри підсилювачів

1) Коефіцієнт підсилення. Коефіцієнт підсилення за напругою, струмом або потужністю показує, у скільки разів встановлена напруга ( струм або потужність) на виході підсилювача більша, ніж її значення на вході:

; ; (1)

підсилювачі складаються із декількох каскадів, що виконують послідовне підсилення сигналу (рис.1.) При цьому загальне підсилення становить:

(2)

Для структурної схеми, приведеної на рис.1.

(3)

Легко перевірити, що

У багатьох випадках коефіцієнт підсилення представляють у логарифмічних одиницях – децибелах (дБ):

(4)

(5)

(6)

Зворотний перехід від децибел до безрозмірної величини здійснюється так:

, , (7)

Якщо коефіцієнт підсилення каскадів виражені в децибелах, то загальний коефіцієнт підсилення дорівнює їх сумі:

(8)

Це легко отримати, логарифмуючи вираз (3)

2) Вхідний і вихідний опори. Підсилювач можна розглядати як активний чотириполюсник, до вхідних затискачів якого під’єднано джерело підсилювального сигналу, а до вихідних – опір навантаження (рис.2)

Рис.2. Підсилювач як активний чотириполюсник

Джерело вхідного сигналу представлено в виді генератора напруги з ЕРС Е_вх, що має внутрішній опір R_г. Зі сторони вихідних затискачів підсилювач показаний у виді генератора напруги з ЕРС Е_вих і внутрішнім опором R_вих.

Вхідний опір підсилювача представляє собою опір між вхідними клемами підсилювача і визначається так:

(9)

Вихідний опір підсилювачаR_вих визначається як опір між вихідними клемами підсилювача при вимкненому опорові навантаження R_н.

В залежності від співвідношення між опорами R_г і R_вх джерело сигналу може працювати в режимі холостого ходу (R_вх >> R_г), короткого замикання (R_вх << R_г), і узгодження (R_вх ≈ R_г). Аналогічні режими роботи можливі для вихідного кола (R_н>> R_вих – холостий хід; R_н << R_вих – коротке замикання; R_н ≈ R_вих – узгодження ). У відповідності з цим і розрізняють режими підсилення наруги , струму і потужності.

3) Вихідна потужність.При активному характері опору навантаження вихідна потужність підсилювача дорівнює:

(10)

де U_вих – діюче значення вихідної напруги;

U_mвих – амплітудне значення вихідної напруги.

4) Коефіцієнт корисної дії(к.к.д.) підсилювача дає змогу оцінити його економічність

, (11)

де P₀ – загальна потужність, що відбирається від всіх джерел живлення.

5) Діапазон підсилювальних частот, або смуга пропускання підсилювача – це область частот, в якій коефіцієнт підсилення змінюється не більше , ніж це допустимо за технічними умовами.

6) Динамічний діапазон амплітуд– це відношення амплітуд найсильнішого і найслабшого сигналів на виході підсилювача. Динамічний діапазон амплітуд звичайно виражають в децибелах:

(12)

Рівень найслабшого сигналу обмежується в підсилювачі його власними шумами. Причини виникнення завад на виході підсилювача різні. Їх можна поділити на три основні групи: 1) теплові шуми; 2) шуми підсилювальних елементів; 3) завади що виникають в наслідок пульсацій напруг живлення і наведення збоку зовнішніх електричних і магнітних полів.

7) Нелінійні спотворення– це зміна форми підсилювальних сигналів, яка зумовлена нелінійними властивостями кола, через яке ці сигнали проходять. Основною причиною виникнення нелінійних спотворень у підсилювачі є нелінійність характеристик транзисторів і намагнічування транзисторів, що мають осердя з магнітних матеріалів.

Ступінь нелінійних спотворень підсилювача оцінюють величиною коефіцієнта нелінійних спотворень (коефіцієнта гармонік)

, (13)

де P₂ + P₃ + … + P_n – сума електричних потужностей, що виділяються на навантаженні гармоніками, які виникають в наслідок нелінійного підсилення;

P₁ – електрична потужність першої гармоніки.

Якщо опір навантаження має незмінну величину для всіх гармонічних складових, можна записати вираз для К_г так:

, (14)

де І₁, І₂, І₃, І_n,- діючі (або амплітудні) значення першої, другої, третьої і т. д. гармонік струму на виході;

U₁, U₂, U₃, U_n – діючі (або амплітудні) значення першої, другої, третьої і т. д. гармонік вихідної напруги.

Коефіцієнт нелінійних спотворень звичайно виражають у відсотках, тому знайдені за формулами (13) і (14) значення К_г слід помножити на 100. Загальну величину коефіцієнта нелінійних спотворень підсилювача визначають за формулою:

, (15)

де К_г1, К_г2, К_гn – нелінійні спотворення, внесені кожним каскадом підсилювача.

8) Частотні спотворення. Вони зумовлені змінами величини коефіцієнта підсилення на різних частотах. Причиною частотних спотворень є наявність у схемі підсилювача реактивних елементів – конденсаторів, котушок індуктивності, міжелектродних ємностей транзисторів. Залежність величини реактивного опору від частоти не дає змоги дістати сталий коефіцієнт підсилення в широкій смузі частот.

Ступінь спотворень на окремих частотах виражається коефіцієнтом частотних спотворень М, що дорівнює відношенню коефіцієнта підсилення на середній частоті К_ср до коефіцієнта підсилення на даній частоті К_f,

(16)

Найбільші частотні спотворення виникають на межах діапазону частот f_н і f_в. Коефіцієнт частотних спотворень для цих частот:

(17)

де К_н і К_в – відповідно коефіцієнти підсилення на нижніх і верхніх частотах діапазону.

Коефіцієнт частотних спотворень багатокаскадного підсилювача дорівнює добутку коефіцієнтів частотних спотворень окремих каскадів

(18)

Коефіцієнт частотних спотворень зручно виражати в децибелах

(19)

Для багатокаскадного підсилювача

(20)

Поиск по сайту: