СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ

1. Краткое содержание лекции

Усилитель - устройство, предназначенное для усиления электрических сигналов с сохранением их формы. Вэлектронных усилителях усиление сигнала, т.е. увеличе­ние мощности, напряжения или тока происходит за счет активных элементов, которыми являются биполяр­ные и полевые транзисторы, электронные лампы.

Простейший усилитель - это один уси­лительный каскад.

Усилительный каскад - это один или два усилительных элемента и несколько пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, трансформаторов и т.д.). Пассивные эле­менты нужны для подачи питания на усилительный элемент, осу­ществления связи с нагрузкой и т.д.

Усилительные свойства усилительного каскада оцениваются коэффициентом усиле­ния по току, напряжению или мощности.

Коэффициент усиления по напряжению каскада определяется: т.е. показывает, во сколько раз напряжение на выходе усилитель­ного каскада больше напряжения на входе.

В большинстве случаев усиление, которое способен обеспе­чить один усилительный каскад, бывает недостаточным для вы­полнения технических требований электронной аппаратуры и приходится брать несколько усилительных каскадов. В этом слу­чае усилитель называется многокаскадным. Сколько каскадов дол­жен содержать усилитель, зависит от его назначения.

Усилительные каскады могут быть различными по схемному решению и по выполняемым функциям.

Сигнал, поступающий от источника сигнала, имеет очень небольшой уровень, чтобы увеличить его по току или напряжению, необходимы усилительные каскады, которые называются предвари­тельными (КПУ). Число каскадов предварительного усиления зави­сит от назначения усилителя и его технических показателей.

Усилительный каскад, непосредственно работающий на внеш­нюю нагрузку усилителя, называется выходным или оконечным кас­кадом (ОК). Если оконечный каскад, согласно назначению усили­теля, должен обеспечить в нагрузке определенную мощность, то его называют каскадом усиления мощности (КМУ).

В некоторых усилителях из-за схемного решения оконечного каскада сигнал с КПУ поступить на ОК не может, требуется спе­циальный тип каскадов, эти каскады называют предоконечными (ПОК).

Источником сигнала в электронных усилителях может быть микрофон, проводная линия, передающая телевизионная трубка, кабельная линия и т.д. Все эти источники сигнала относятся к числу высокоомных, т.е. имеют большое внутреннее сопротивле­ние, порядка сотен кОм. Входное сопротивление электронных уси­лителей, особенно на биполярных транзисторах - низкоомное, т.е. имеет порядок единиц-сотен Ом. Это осложняет передачу сигнала от источника сигнала на вход усилителя. Чтобы сигнал полностью поступал от источника сигнала на вход первого каска­да усилителя, необходима согласованность источника сигнала и входа усилителя. Условие согласованности на входе усилителя: В этом случае можно подключать источник сигнала непосред­ственно ко входу усилителя. Однако чаще всего мы имеем дело с несогласованностью усилителя и источника сигнала, и в этом слу­чае связь входа усилителя с источником сигнала осуществляется через входное устройство.

В качестве входных устройств используются трансформаторы или разделительные цепи.

Нагрузкойэлектронного усилителя может быть динамик, гром­коговоритель, проводная или кабельная линия и т.д. Все эти ти­пы нагрузок относятся к разряду низкоомных, имеющих сопротивле­ние порядка единиц - сотен Ом. Выходное сопротивление усилите­ля - высокоомное, особенно усилителей на биполярных транзисто­рах, сотни кОм. Таким образом, так же, как и на входе, на вы­ходе усилителя имеется несогласованность с нагрузкой.

Условие согласованности усилителя с нагрузкой:

Если оно соблюдается, то выход усилителя подключается к нагрузке непосредственно, если же нет, то необходимо выходное устройство.

В качестве выходных устройств используются, так же, как и на входе усилителя, трансформаторы или разделительные цепи.

Обобщая все выше сказанное, можно составить типовую струк­турную схему усилителя.

· ИС - источник сигнала, создает сигнал, мощности которого недостаточно для нагрузки,

· входное устройство, предназначено для согласования источни­ка сигнала со входом усилителя Согласующий трансформатор), или переходу от симметричного источника сигнала к несимметричному входу КПУ (симметрирующий трансформатор), или для разделения путей протекания постоянного и переменного тока (RC-цепочка).

Рис.1. Типовая структурная схема усилителя

· КПУ - каскада предварительного усиления, предназначены для предварительного усиления сигнала до величины, необходимой для работы оконечного каскада; КПУ мо­жет содержать от одного и более каскадов, которые нумеруются по порядку следования. Обычно в качестве КПУ применяют резисторные каскады.

· МКС – межкаскадная связь, предназначена для передачи сигнала от каскада к каскаду с наименьшими искажениями и потерями. В зависимости от требований МКС может быть трансформаторной, гальванической или резисторно-емкостной.

· ПОК - предоконечный каскад, предназначен для связи КПУ и оконечного каскада. Наиболее часто это фазоинверсный каскад.

· ОК - оконечный каскад, каскад, работающий на нагрузку усилителя. Чаще всего это КМУ, назначением которого является отдача заданной мощности в нагрузку,

· выходное устройство, предназначено для связи выхода усилителя с нагрузкой и выполняет те же функции, что и входное устройство,

· источник питания обеспечивает работу усилительных элементов. В качестве источников питания используются выпрямителя переменного тока, гальванические элементы, аккумуляторы.

Расчет любого усилителя начинают с составления структурной схемы. Анализируют типовую структурную схему, задание и составляют структурную схем проектируемого усилителя, исходя из следующих соображений:

1.Если требуется мощность больше 1 Вт, то ОК выполняют по двухтактной схеме, а если меньше 1 Вт – по однотактной.

2.Если нагрузкой является трансляционная линия, то в качестве выходного устройства для согласования необходимо выбрать трансформатор и ОК выполнить по двухтактной трансформаторной схеме, для которой обязательно в качестве ПОКа нужен фазоинверсный каскад.

3.Если требуется мощность больше 15 Вт, то ПОК выполняют фазоинверсным трансформаторным, если меньше 15 Вт, то ПОК наиболее выгодно выбрать фазоинверсным с разделенной нагрузкой.

4.Если нагрузкой является динамик, то можно избавиться от трансформатора, который имеет большие габариты, вес, стоимость и вносит дополнительные нелинейные и частотные искажения. А согласование можно добиться, применяя в качестве ОК двухтактный бестрансформаторный каскад.

Кроме того, если нагрузкой является динамик, то можно обойтись и без ПОКа, если применить в ОК комплементарную пару транзисторов, которая не требует фазоинверсного сигнала и обладает лучшей симметрией, т.к. оба транзистора включаются по схеме с ОК.

2. Контрольные вопросы

2.1. Усилительный каскад, определение, роль усилительного элемента.

2.2. Структурная схема, ее основные узлы и их назначение.

2.3. Каскады мощного усиления, назначение и требования, предъявляемые к ним.

2.4. Каскада предварительного усиления, назначение и тре­бования, предъявляемые к ним.

Задание на СРС

3.1. [ОЛ6.2] стр 76 привести схемы входных и вуходных устройств.

Задание на СРСП

4.1. Письменно пояснить смысл и необходимость согласования в усилителях.

Глоссарий

ЛЕКЦИЯ №17

Поиск по сайту: