Цепь связи УЭ с нагрузкой Я (выходное устройство) служит для передачи усиленного сигнала из выходной цепи УЭ в нагрузку (см. рис. 21.1, а). Выходное устройство в виде выходного трансформатора обеспечивает оптимальную нагрузку УЭ или согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки или симметрирование выхода. Усилительный элемент вместе с другими элементами, обеспечивающими режим его работы и связь с источником сигнала и нагрузкой, образуют усилительный каскад.

Практически реальные усилители состоят из нескольких последовательно включенных усилительных каскадов (рис. 21.2). Слабый входной сигнал сначала усиливается с помощью каскадов предварительного усиления (КПУ). Число КПУ зависит от уровня входного сигнала и уровня сигнала, необходимого для подачи на вход предоконечного каскада усиления (ПОКУ). Последующий оконечный каскад усиления ОКУ работает в усилителе при наиболее высоком уровне сигнала. Этот высокий уровень сигнала обеспечивает ПОКУ.

Если на активной нагрузке должен быть получен требуемый уровень выходной мощности, то ОКУ является усилителем мощности. Если ОКУ требует высокий уровень мощности на входе, то и ПОКУ является усилителем мощности. При работе на реактивную нагрузку (например, емкость) ОКУ должен обеспечить высокий уровень выходного напряжения.

От одного каскада усиления к другому сигнал в многокаскадном усилителе передается с по.мощью цепей межкаскадной связи. Их выполняют на пассивных элементах. Усилители снабжают устройствами регулировки, с помощью которых вручную или автоматически изменяются его показатели.

Реальные усилители часто содержат не все элементы, показанные на структурной схеме (см. рис. 21.2). Особенно это имеет место в усилителях, выполненных по интегральной технологии на одной или нескольких микросхемах.

Классификация усилителей. Усилители щироко используются в устройствах электросвязи, автоматики и телемеханики, счетно-ре-щающих и других устройствах. В зависимости от выполняемых задач усилители подразделяют по виду усиливаемых сигналов, щи-рине полосы и значению усиливаемых частот, типу усилительных элементов, назначению, конструктивно-технологическому выполнению и т. д.

По виду усиливаемых электрических сигналов различают усилители гармонических сигналов и усилители импульсных сигналов.

УЗНПУ

току

УЗОКУ

Рис. 21.2. Структурная схема многокаскадного уси.пителя

Усилители гармонических сигналов предназначены для усиления непрерывных во времени периодических сигналов, которые можно представить суммой гармонических колебаний. Число таких гармонических составляющих конечно (сигнал имеет дискретный спектр). При непериодическом изменении сигнала его спектр сплошной.

В процессе усиления периодических сигналов важно сохранить их частотный спектр и амплитудные соотношения всех гармонических составляющих. К этой группе усилителей относят микрофонные, телефонные, радиовещательные, некоторые виды телеметрических, а также аппаратуры записи и воспроизведения звука и др.

Усилители импульсных сигналов предназначены для усиления сигналов с быстро меняющимся уровнем. Свойства усилителей определяются переходным процессом в них. К импульсным (дискретным) сигналам относят телеграфные, телевизионные, радиолокационные и т. д.

По ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых частот различают усилители постоянного и переменного тока. Усилители постоянного тока усиливают как переменную, так и постоянную составляющие сигнала. Усилители переменного тока усиливают только переменную составляющую сигнала. В зависимости от абсолютных значений нижней /нч и верхней /вч частот сигнала они делятся на следующие группы:

усилители звуковых частот (УЗЧ), пропускающие полосу частот от 20-200 Гц до 10-20 кГц. Для получения хорошего звучания достаточно передавать более узкую (от 50 до 10 000 Гц) полосу частот, в пределах которой можно осуществить малоискаженную передачу полезного сигнала. УЗЧ широко используются для усиления звуковых колебаний в радиоприемниках, радиопередатчиках, радиовещании, магнитофонах, проигрывателях и т. д.;

усилители высокой частоты (УВЧ), предназначенные для усиления сигналов на частотах выше диапазона звуковых частот; являются избирательными (полосовыми) усилителями, усиливающими сигналы в узкой полосе частот. УВЧ применяются в высокочастотных трактах радиоприемников и передатчиков;

усилители видеочастот; используются для усиления сигналов с полосой частот от 50 Гц до 6 МГц в устройствах импульсной связи, телевидения и радиолокации. Усилители с /вч 100 кГц относят к широкополосным.

По типу усилительного элемента различают транзисторные, ламповые, параметрические, квантовые усилители. Усилители на транзисторах безынерционны, долговечны, устойчивы к вибрации, тряске, экономичны. Недостатком этих усилителей является разброс параметров однотипных транзисторов, их большая температурная зависимость, относительно высокий уровень собственных шумов. Усилители на электронных лампах практически нечувствительны к температурным и климатическим (давление, влажность) изменениям, имеют низкий уровень собственных шумов, однако электронные

лампы имеют ограниченный срок службы и менее экономичны по потреблению электроэнергии.

По назначению усилители подразделяются на трансляционные, микрофонные, телевизионные, измерительные, линейные, дифференциальные и т. д.

По конструктивному выполнению различают усилители, выполненные с помощью дискретной технологии (способом навесного или печатного монтажа), и усилители, выполненные на основе интегральной микросхемотехники.

Возможны и другие классификационные признаки, например, по электрическому параметру усиливаемого сигнала (усилители напряжения, тока или мощности), по числу усилительных каскадов (одно- и многокаскадные) и т. д.

§ 21.2. Основные показатели усилителей

Электронные усилители должны удовлетворять определенным техническим требованиям. Свойства усилителей характеризуют эксплуатационными и качественными показателями. К эксплуатационным показателям относят коэффициент усиления, входную и выходную мощности, чувствительность, к. п. д. Качественными показателями работы усилителя являются диапазон усиливаемых частот, вносимые усилителем искажения, уровень помех и т. д.

Входные и выходные показатели. Входная мощность на средних частотах, на которых входное сопротивление становится чисто активным, при воздействии синусоидального сигнала

Рвх = 0,5£/вх«г/вх«г == f/вх/вх = fBx/Bx = 1Ршп. (21.1)

где ивх m и /вх m - эмплитуды нэпряжения и тока на входе усилителя.

Выходная мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку при синусоидальном воздействующем сигнале при допустимых искажениях сигнала,

/вых = о iSfBbixmBbixm = /выхвых = выхн = вых/ н- (21.2)

. Величину Рвых, развиваемую усилителем на заданном сопротивлении нагрузки при допустимых нелинейных искажениях сигнала, называют номинальной. Величины С/вых и /вых, соответствующие номинальной выходной мощности, называют также номинальными. Выходная мощность зависит от напряжения на его входе. Номинальное входное напряжение, при котором усилитель звуковой частоты отдает в нагрузку заданную выходную мощность, называют чувствительностью усилителя.

Коэффициент усиления. Коэффициент усиления по напряжению, току или мощности показывает, во сколько раз установивщееся напряжение (ток или мощность) на выходе усилителя больще, чем на входе, и определяется как отнощение напряжения (тока или