Слайд 1Бытовая приёмно-усилительная аппаратура
Усилители
электрических
сигналов
Общие сведения
об усилительных устройствах
Слайд 3Основные определения
Устройство, предназначенное для увеличе-ния мощности входных электрических
коле-баний с сохранением их формы и частоты, называется усилителем электрических
сигналов (усилителем). Для своей работы усилитель использует энергию внешнего источника питания. Усиление сигналов осу-ществляется в усилителе при помощи усилительных элементов (УЭ) – особых устройств, обладающих управляющими свойствами.
Слайд 4Основные определения
Управляющий источник энергии, сигналы которого
необходимо усилить, называют источником сигнала. Цепь усилителя,
в
которую эти сигналы вводят, называют входной цепью, или входом усилителя.
Устройство, являющееся потребителем усиленных сигналов, называют нагрузкой усилителя, а цепь усилителя, к которой подключают нагрузку, выходной цепью, или выходом усилителя. Источником входного сигнала может быть предыдущий каскад, а нагрузкой – последующий каскад.
Слайд 5Основные определения
Источник управляемой энергии, преобра-зуемой усилителем в энергию усиливаемых
сигналов, называют источником питания усилителя. Иногда усилитель имеет вспомо-гательные источники
питания, энергия кото-рых не преобразуется в усиливаемые сигна-лы, а используется для приведения УЭ в ра-бочее состояние (например, источник напря-жения смещения, источник питания цепей накала электронных ламп и пр.).
Слайд 6Классификация усилителей
Классификацию усилителей осуществляют:
по назначению;
по характеру усиливаемых
сигналов;
по полосе усиливаемых частот;
по типу используемых усилительных элементов.
Слайд 7Классификация усилителей
По назначению различают:
усилители напряжения;
усилители тока;
усилители мощности.
По характеру усиливаемых сигналов различают:
усилители гармонических сигналов;
усилители импульсных сигналов.
Слайд 8Классификация усилителей
По полосе усиливаемых частот различают:
усилители постоянного тока (точнее,
усили-тели медленно изменяющихся напряжений и токов), усиливающие электрические коле-бания любой
частоты в пределах f = 0 fВ, где fВ – верхняя граничная частота полосы усиления;
усилители переменного тока, усиливающие только переменные составляющие сигнала в полосе частот f = fН fB, где fН – нижняя граничная частота полосы усиления.
Слайд 9Усилители переменного тока делят на:
усилители низкой частоты (УНЧ);
усилители высокой
частоты (УВЧ);
избирательные (селективные) усили-тели;
широкополосные усилители.
Слайд 10По типу используемых усилительных элементов различают:
ламповые усилители;
транзисторные усилители;
параметрические усилители;
молекулярные усилители;
усилители,
построенные на усилительных элементах других типов.
Слайд 11Основные показатели усилителя
входные и выходные данные;
коэффициент усиления;
коэффициент полезного действия
(КПД);
частотные характеристики (амплитудно-частотная и фазо-частотная);
переходная характеристика;
амплитудная характеристика и динамический диапазон;
нелинейные
искажения.
Слайд 12Входные и выходные данные усилителя
Входными данными усилителя являются:
1. Входное
напряжение (UВХ);
2. Входной ток (IВХ);
3. Входная мощность сигнала
(PВХ);
К выходным данным относятся:
3. Выходное сопротивление усилителя (ZВЫХ).
2. Выходное напряжение сигнала (UВЫХ) или выходной ток сигнала (IВЫХ);
1. Выходная мощность сигнала (РВЫХ);
4. Входное сопротивление усилителя (ZВХ).
Слайд 13Коэффициенты усиления
Различают следующие коэффициенты усиления:
1. По напряжению:
КU = К= UВЫХ / UВХ ;
2. По току:
КI = IВЫХ / IВХ.
3. По мощности: КР = РВЫХ / РВХ
Для многокаскадного усилителя, содержащего n каскадов,
К = К1 К2 К3 ……. Кn
К (дБ) = К1 (дБ) + К2 (дБ) + К3 (дБ) + ……. + Кn (дБ)
К(дб) = 20lgK (раз)
Слайд 14Амплитудно-частотная характеристика усилителя
Слайд 15Оценка частотных искажений
Оценку частотных искажений, вносимых усилителем на
любой частоте, производят с помощью коэффициента частотных искаже-ний, обозначаемого через
«М» и равного отношению коэффициента усиления усили-теля на средней частоте к коэффициенту усиления на низшей (или высшей) частоте спектра усиливаемого сигнала:
МН = КСР / КН
МВ = КСР / КВ
Слайд 16Фазочастотная характеристика усилителя
Фазовые характеристики и оценка фазовых искажений на частотах:
а) нижних; б) верхних
Слайд 17Фазочастотная характеристика усилителя
Идеальной
фазовой характеристикой
усилителя, при которой он не вносит фазовых
искажений,
является прямая, проходящая под
любым углом через начало координат, так как
при этом все гармонические составляющие
сложного сигнала сдвигаются усилителем
на одно и то же время, и форма выходного
сигнала не отличается от формы входного.
Слайд 18Фазовые искажения в усилителях
Возникновение искажений из-за изменения фазовых соотношений гармоник
Слайд 19Причины возникновения частотных искажений
Искажения в линейных цепях возникают по следующим причинам:
Неодинаковый коэффициент передачи частотных составляющих, входящих в состав сложного электрического сигнала, при их про-хождении через линейные электрические цепи;
Неодинаковый сдвиг по фазе между одноимёнными выходными и входными гармоническими составляющими сложного электричес-кого сигнала вследствие зависимости инерционности реактивных элементов цепи от частоты гармоники.
Внимание!
При прохождении сложного электрического сигнала
через линейную цепь новые гармонические составляющие
на выходе этой цепи не появляются!
Слайд 20Причины возникновения частотных искажений
Искажения в нелинейных цепях
возникают по следующим причинам:
Нелинейность характеристик УЭ (транзисторов, электронных ламп
и др.)
Нелинейность характеристики намагничивания магнитных материа-
лов сердечников трансформаторов и дросселей усилителя (если они присутствуют в схеме).
Внимание!
При прохождении сложного электрического сигнала через
нелинейную цепь на выходе этой цепи появляются новые
гармонические составляющие, которых не было в составе
входного сигнала!
Слайд 21Нелинейные искажения в усилителе
Возникновение нелинейных искажений:
а)
за счёт нелинейности входной характеристики УЭ;
б) за счёт нелинейности выходной характеристики УЭ.
Слайд 22Нелинейные искажения в усилителе
Оценка нелинейных искажений в усилителе производится по
коэффициенту гармоник:
Слайд 23Амплитудная характеристика усилителя
Слайд 24Динамический диапазон усилителя
Отношение UВХ.МАКС. / UВХ.МИН. характеризует диапазон
напряжений сигнала, усиливаемых данным усилителем без чрезмерных помех и искажений,
и называется динамическим диапазоном усилителя:
ДУ = UВХ.МАКС. / UВХ.МИН.
ДУ(Дб) = 20 lgДУ (раз)
Слайд 25Динамический диапазон сигнала
Отношение наибольшего напряжения к наименьшему характеризует
рабочий диапазон напряжений данного источни-ка сигнала и называется динамическим диапазоном
сигнала:
ДС = UСИГН.МАКС. / UСИГН.МИН.
ДС(Дб) = 20 lgДС (раз)
Слайд 26Глава 2
Принципы построения
усилительных схем
Слайд 28Схемы входных устройств
а) для
отделения постоянной составляющей;
б) то же с регулятором усиления;
в) для согласования сопротивлений и симметрирования.
б)
в)
а)
Слайд 29Принцип усиления электрических сигналов
Слайд 30Графический анализ работы транзисторного усилителя
Слайд 31Схемы цепей питания и стабилизации
Питание выходных цепей усилительных элементов от
общего
источника питания ЕК через развязывающие фильтры RФCФ
Слайд 32Подача смещения во входные цепи транзисторов
а)
в)
б)
Способы подачи смещения на базу
транзистора:
а) фиксированным током базы; б) фиксированным напряжением базы;
в) с
фиксированным током эмиттера.
Слайд 33Стабилизация точки покоя в транзисторных каскадах
в)
Коллекторная стабилизация точки покоя при
включении транзистора:
а) с общим эмиттером; б) с общим
коллектором; в) с общей базой.
а)
б)
в)
Слайд 34Стабилизация точки покоя в транзисторных каскадах
Эмиттерная стабилизация точки покоя
при включении транзистора:
а) с общим эмиттером; б) с общим коллектором;в) с общей базой.
а)
б)
в)
Слайд 35Стабилизация точки покоя в транзисторных каскадах
Комбинированная
(коллекторно-эмиттерная) стабилизация
точки покоя при включении транзистора
с общим эмиттером.
Слайд 36Схемы межкаскадной связи
Каскады с гальванической связью:
а) с прямой связью; б) с потенциометрической связью
а)
б)
Слайд 37Резисторные каскады
Резисторный каскад с эмиттерной стабилизацией
Слайд 38Трансформаторные каскады
Трансформаторный каскад с эмиттерной стабилизацией
и последовательной
подачей смещения
Слайд 39Трансформаторные каскады
Трансформаторный каскад с эмиттерной стабилизацией
и параллельной подачей смещения
Слайд 40Дроссельные каскады
Дроссельный каскад
Слайд 41Типы усилительных каскадов
Симметрирование цепей:
а) симметрирование входной цепи трансформатором;
б) симметрирование выходной цепи трансформатором
а)
б)
Слайд 42Симметричные (двухтактные) каскады
а) резисторный каскад с транзисторами в режиме А
с общим эмиттером
и эмиттерной стабилизацией
а)
Слайд 43Симметричные (двухтактные) каскады
б) трансформаторный с транзисторами в режиме В с
общей базой
и смещением фиксированным напряжением
б)
Слайд 44Инверсные каскады
Инверсный каскад с разделённой нагрузкой
Слайд 45Инверсные каскады
Получение симметричных сигналов в каскаде с разделённой нагрузкой.
Слайд 46Режимы работы усилительных элементов
Режимом А называют такой
режим работы УЭ или усилительного каскада, при котором ток в
выходной цепи существует в течение всего периода сигнала и крайние положения рабочей точки не выходят за пределы рабочей, сравнительно прямолинейной части динамических характеристик.
Слайд 47Режим А
Работа усилительного элемента в режиме А
Слайд 48Режим В
Режимом В называют такой режим работы, при
котором ток в выходной цепи усилителя существует в течение половины
периода сигнала
Слайд 49Режим В
а)
б)
Работа усилительного элемента в режиме В:
а) идеальный режим работы; б) реальный режим работы
Слайд 50Усиление гармонических сигналов произ-вольной формы двухтактным каскадом
в режиме В
а) форма входного сигнала; б) ток выходной цепи
первого плеча;
в) ток выходной цепи второго плеча; г) ток в нагрузке
Слайд 51Режим С
Режимом С называют режим работы, при котором
ток в выходной цепи уси-лителя протекает в течение меньше половины
периода сигнала. Точка покоя в режиме С располагается на горизон-тальной оси левее точки пересечения спрямлённой (идеальной) характери-стики с горизонтальной осью.
Слайд 52Работа усилительного элемента
в режиме С
Слайд 53Режим D (ключевой режим)
Режимом D, или ключевым
режимом, называют такой режим работы УЭ, при котором он во
время работы находится в двух состояниях: закрытом (и тогда текущий через него ток равен нулю) или открытом (и тогда падение напряжения на нём близко к нулю).
Слайд 54Способы включения усилительных элементов
а)
б)
в)
Способы включения
биполярного транзистора:
а) с общим эмиттером; б) с общим
коллектором; в) с общей базой.
Слайд 55Способы включения усилительных элементов
а)
б)
в)
Способы включения полевых транзисторов
в схемах (с каналом р-типа):
а) с общим истоком;
б) с общим стоком; в) с общим затвором.
Слайд 56Усилитель на биполярном транзисторе
Усилитель на биполярном
транзисторе:
а) с общим эмиттером; б) с общей базой; в) с общим коллектором
(эмиттерный повторитель)
а)
б)
в)
Слайд 57Усилитель на полевом транзисторе
а)
б)
Усилитель на полевом
транзисторе:
а) с общим истоком; б) с общим стоком (истоковый повторитель)
Слайд 58
Обратная связь в усилителях
Глава 3
Слайд 60Виды обратной связи
а)
б)
в)
а) однопетлевая; б) и в) – многопетлевая.
Слайд 61Классификация видов обратной связи
Обратные связи (ОС) классифицируют по
нескольким признакам:
По виду ОС:
положительная
ОС;
отрицательная ОС.
По способу снятия сигнала ОС с выход усилителя:
по напряжению;
по току.
По способу подачи сигнала ОС на вход усилителя: – параллельная;
– последовательная
Слайд 62Виды обратной связи
а) положительная ОС; б) отрицательная ОС
Слайд 63Способы снятия сигнала ОС
Обратная связь по напряжению
Обратная связь
по току
Комбинированная по выходу обратная связь
Слайд 64Способы подачи сигнала ОС
Последовательная обратная связь
Параллельная обратная связь
Комбинированная
по входу обратная связь
Слайд 65Влияние обратной связи на свойства усилителя
При
последовательной ООС входное сопротивление увеличивается
Слайд 66Влияние обратной связи на свойства усилителя
При параллельной ООС входное сопротивление
усилителя уменьшается
Слайд 67Влияние обратной связи на свойства усилителя
При ООС по напряжению выходное
сопротивление падает
Слайд 68Влияние обратной связи на свойства усилителя
При ООС по току выходное
сопротивление усилителя увеличивается
Слайд 70Вид отрицательной обратной связи
Слайд 71Усилительные каскады с обратной связью
Каскад с последовательной ООС по
току
Слайд 72Усилительные каскады с обратной связью
Каскад с последовательной ООС по напряжению
Слайд 73Усилительные каскады с обратной связью
Каскад с параллельной отрицательной обратной связью
по току
Слайд 74Усилительные каскады с обратной связью
Каскад с параллельной обратной связью по
напряжению
Слайд 75Глава 4
Каскады
предварительного
усиления
Слайд 76Резисторные каскады
Принципиальная схема резисторного каскада предварительного усиления
Слайд 77Резисторные каскады
Эквивалентная схема резисторного каскада с общим эмиттером
Слайд 78Частотная характеристика резисторного каскада
Слайд 79
Фазовая характеристика резисторного каскада
Слайд 82Каскады мощного усиления
Однотактный резисторный каскад мощного усиления
Слайд 83Каскады мощного усиления
Однотактный трансформаторный каскад мощного усиления
Слайд 84Каскады мощного усиления
Двухтактный трансформаторный каскад мощного усиления
с параллельным управлением.
Слайд 85Бестрансформаторные каскады мощного усиления
Бестрансформаторный каскад мощного усиления
с последовательным управлением
Слайд 86Бестрансформаторные двухтактные каскады с параллельным выходом
Слайд 87Бестрансформаторный двухтактный
каскад с параллельными входом и выходом
Бестрансформаторный двухтактный каскад с
параллельными входом
и выходом на комплементарных транзисторах
Слайд 89Широкополосные каскады
Усилители, обеспечивающие усиление сигналов с очень широкими
спектрами частот в своём составе, называются широкополосными усилителями
(ШПУ).
Иногда ШПУ называют видео-усилителями (ВУС) или импульсными усилителями. Сигналы, усиливаемые видеоусилителями, называются видео-сигналами.
Слайд 90Площадь усиления широкополосного усилителя
Площадь усиления – это произведение сквозного коэффициента
усиления напряжения каскада в области
средних частот на его верхнюю
граничную частоту fВ. ГР :
К* – сквозной коэффициент усиления напряжения –
отношение выходного напряжения каскада к ЭДС
источника сигнала ЕИСТ:
К* = UВЫХ. / ЕИСТ.
Площадь усиления пропорциональна площади АЧХ
П = К*СРfВ.ГР
Слайд 91Коррекция видеоусилителей
Для изменений частотной и фазовой
характеристик ВУС используют цепи, включаемые в каскад и называемые
корректирующими цепями.
Основная идея корректирующих цепей заключается в том, чтобы величина нагрузки усилительного каскада изменялась с изменением частоты усиливаемого сигнала.
Слайд 92Низкочастотная коррекция
Принцип низкочастотной коррекции
с помощью цепочки Rнк и
Снк
Слайд 93Низкочастотная коррекция
Схема низкочастотной коррекции развязывающей и сглаживающей
цепочкой RФ,CФ.
Слайд 94Частотные характеристики резистивного каскада на частотах
1 – без коррекции; 2
– с коррекцией цепочкой RФ, CФ;
3 – то же
при уменьшении ёмкости конденсатора СФ
Слайд 95Высокочастотная коррекция
Схема высокочастотной коррекции индуктивностью
Слайд 96Высокочастотная коррекция обратной связью
Эмиттерная высокочастотная коррекция
Слайд 97Повторители напряжения
а) эмиттерный; б) истоковый.
б)
а)
Слайд 98
Усилители постоянного тока
Глава 7
Слайд 99Усилители постоянного тока прямого усиления
Усилитель постоянного тока с прямой
связью
Слайд 100Усилители постоянного тока с потенциометрической связью
Усилитель постоянного тока с потенциометрической
связью
Слайд 101Дрейф нуля
Дрейф нуля в усилителе постоянного тока
Слайд 102Балансные каскады
Последовательный балансный каскад
Слайд 103Балансные каскады
Параллельный балансный каскад
Слайд 104Усилители постоянного тока с преобразованием
УПТ на несущей частоте
Слайд 105Дифференциальный усилитель
Структурная схема дифференциального усилителя
Слайд 106Дифференциальный усилитель
Принцип работы дифференциального усилителя
Слайд 107Дифференциальный усилитель
Схема транзисторного дифференциального усилителя
Слайд 109Колебательный контур
Схема последовательного колебательного контура
Слайд 110Резонансная кривая колебательного контура
Слайд 111Добротность контура и его полоса пропускания
Зависимость полосы пропускания резонансного колебательного
контура
от его добротности
Слайд 112Искажения в резонансных усилителях
Возникновение нелинейных искажений в резонансном усилителе
Слайд 113Избирательные усилители
Резонансный усилитель с трансформаторным выходом
Слайд 114Схемы резонансных усилителей на транзисторах
а) с общей базой; б)
с общим эмиттером; в) с трансформаторной связью
контура со
следующим транзистором; г) с трансформаторной связью
транзистора с контуром; д) с применением нейтрализации;
е) каскодная схема.
Слайд 115Изменение полосы пропускания при изменении числа каскадов
Слайд 116Полосовой усилитель с парой взаимно расстроенных контуров
Резонансные характеристики:
1- для первого
каскада; 2- для второго каскада; 3- общая
Слайд 117Полосовой усилитель с тройкой взаимно расстроенных контуров
Резонансные характеристики усилителя с
тройкой взаимно расстроенных каскадов:
1- для первого каскада; 2- для второго
каскада; 3- для третьего каскада; 4- общая.