14-10. Общие понятия, относящиеся к усилителям

Электронным, усилителем называется устройство, предназначенное для усиления напряжения, тока или мощности слабых входных электрических колебаний (электрических сигналов) за счет источников энергии, питающих усилитель. Электронная лампа в этом процессе усиления играет роль управляющего элемента.

Электронные усилители весьма разнообразны. Их можно классифицировать по ряду, признаков, например: 1) по диапазонам частот — усилители низкой частоты, усилители высокой частоты и усилители постоянного тока — точнее усилители весьма медленных колебаний в пределах от нуля до одного килогерца; 2) по числу ступеней или каскадов усиления — одно-, двух- и многокаскадные; 3) по роду усиливаемой величины — усилители напряжения, усилители мощности, усилители тока.

В усилителях напряжения мощность выходных колебаний усиливается главным образом за счет усиления напряжения этих колебаний. В усилителях мощности и тока мощность выходных колебаний усиливается главным образом за счет усиления тока. Усилитель мощности обычно является выходным или конечным звеном в многокаскадном усилителе.

По способу связи каскадов между собой различают три основных типа усилителей: с гальванической связью, с реостатно-емкостной и трансформаторной связью.

Наиболее распространенные, в промышленной электронике усилители низкой частоты характеризуются следующими главными параметрами: коэффициентом усиления, диапазоном усиливаемых частот, выходной мощностью или выходным напряжением, чувствительностью и к. п. д.

Коэффициентом усиления усилителя напряжения называется отношение напряжения на выходе к напряжению на входе, т. е.

(14-15)

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления всех его каскадов, так как

Коэффициентом усиления усилителя мощности называется отношение мощности на выходе к мощности на входе усилителя, т. е.

(14-17)

В многокаскадных усилителях коэффициент усиления может достигать значения 106 и выше.

Для оценки усиления часто пользуются единицей, называемой бел [Б]. Усиление в 1Б — это отношение мощностей 10/1, для которого десятичный логарифм равен единице. Следовательно, изменение мощности в белах определяется так:

(14-18)

Чаще пользуются децибелом - единицей, в 10 раз меньшей бела, так что

(14-18а)

При оценке усиления в децибелах многокаскадного усилителя оно определяется суммой усилений отдельных каскадов

(14-19)

В случае определения усиления в децибелах мощности его находят исходя из того, что мощность пропорциональна квадрату величин напряжения или тока ):

(14-20)

Пример 14-3. Входная мощность трехкаскадного усилителя а его выходная мощность Определить усиление усилителя как отношение мощностей и в децибелах.

Решение. Коэффициент усиления по мощности

Усиление в децибелах

Диапазоном частот усилителя называется область частот, в котброй изменение коэффициента усиления не превосходит допустимых Значений. В усилителях низкой частоты он ограничен пределами от нескольких десятков герц до десятков килогерц.

Выходной мощностью усилителя называется мощность, развиваемая усилителем в нагрузке

(14-21)

Номинальной выходной мощностью усилителя называется наибольшая мощность, развиваемая в нагрузке, при которой искажения не превосходят допустимых значений.

Электрический к. п. д. усилителя представляет собой отношение выходной мощности усилителя к мощности источника анодного питания лампового усилителя т. е.

(14-22)

Промышленный к. п. д. усилителя представляет собой отношение выходной мощности усилителя к суммарной мощности питания всех цепей усилителя, т. е.

(14-23)

Электрический к. п. д. усилителя мощности низкой частоты имеет значение 40—70%. Промышленный к. п. д. значительно ниже электрического к. п. д.

В реальных усилителях электрический сигнал, проходя через усилитель, искажается. Различают искажения сигналов частотные, амплитудные и фазовые.

Частотными искажениями называются искажения формы электрического сигнала, обусловленные различной степенью усиления, слагающих напряжения различной частоты. Из частотной характеристики усилителя низкой частоты (рис. 14-35) видно, что на средних частотах коэффициент усиления усилителя постоянен а с повышением и понижением частоты коэффициент усиления уменьшается и -Частотные искажения оценивают коэффициентом частотных искажений и определяют как отношение коэффициента усиления к коэффициенту усиления данной частоты, т. е.

(14-24)

Рис. 14-35. Частотная характеристика усилителя низкой частоты

Этот коэффициент показывает, насколько велико отклонение усиления на данной частоте от усиления на средней частоте. Допустимое значение коэффициента частотных искажений составляет 1,25.

Амплитудными или нелинейными искажениями называются искажения формы кривых усиливаемых колебаний, сопровождающиеся изменением частотного спектра на выходе усилителя. Эти искажения являются следствием нелинейности характеристик электронных ламп или нагрузки усилителя.

Характеристикой нелинейных искажений служит коэффициент нелинейных искажений, который представляет собой отношение корня квадратного из суммы квадратов напряжений (или токов) высших гармоник на нагрузке усилителя к напряжению (или току) первой гармоники колебаний на нагрузке, т. е.

(14-25)

В усилителях различного назначения для коэффициента нелинейных искажений допускаются значения 0,05-15%.

Фазовыми искажениями называется изменение фазы электрического колебания на выходе усилителя относительно фазы колебания на его входе. Фазовые искажения вызываются реактивными элементами выпрямителя L и С. Фазовые искажения имеют существенное значение для усилителей телевизионных и радиолокационных устройств и не играют роли в обычных усилителях низкой частоты.