Импульсный усилитель

Классификация усилителей и назначение импульсного усилителя

Все усилители классифицируются по:

1. Характеру усиливаемых сигналов (аналоговые, импульсные).
2. Роду усилительных элементов (транзисторные, ламповые).
3. Числу каскадов.
4. 4 . Роду усиливаемой величины (ток, напряжение, мощность).
5. Диапазону усиливаемых сигналов (усилители постоянного и переменного тока, а также широкополосные и избирательные усилители).

Принципиальное отличие импульсного усилителя от электронного заключается в схеме ввода элементов, которые уменьшают переходные процессы и увеличивают качество воспроизведения вершины импульса. Существуют следующие виды импульсных усилителей:

1. Усилители напряжения.
2. Усилители тока.
3. Усилители мощности.
4. Видеоусилители.

Усилители напряжения применяются в первых каскадах усиления и реализуются на транзисторах, которые обладают большим коэффициентом усиления, например на полевых.

Видеоусилители используются для усиления сигнала в телевизионных приемниках. Они предназначены исключительно для быстротечных процессов, с частотой до 8 мегагерц. Сейчас производятся видеоусилители в интегральном исполнении на микросхемах.

Усилители тока применяются для управления электрическими цепями, которые обладают высокими токами или мощностями или для переключения высокого тока. Данный вид усилителей реализуется на тиристорах, оптронах, транзисторах, фототиристорах, а также на специальных логических силовых элементах.

Усилители мощности применяются в схемах, где не предусмотрено дальнейшее увеличение напряжения. С это целью используются многокаскадные схемы включения транзисторов, а также схема катодного повторителя. Каскады импульсного усилителя похожи на повторительные ключевые каскады. Основное их отличие заключается в введении дополнительных цепей, которые обеспечивают смещение рабочей точки транзистора в центральную часть линейного участка нагрузочной характеристики.

Существует два основных режима работы импульсных усилителей: режим слабого сигнала (используется в усилителях напряжения и тока) и режим большого сигнала (используется в усилителях мощности).

Основные параметры и характеристики импульсного усилителя

Главными количественным показателем импульсного усилителя является коэффициент усиления, в зависимости от функционального назначения коэффициент усиления может быть по напряжению, по току или по мощности:

$Ku = Uвых / Uвх$

$Ki = Iвых / Iвх$

$Kp = Pвых / Pвх$

где, Ku, Ki, Kp – коэффициенты по напряжению, току и мощности соответственно; Uвх, Iвх — амплитудные значения переменных составляющих тока и напряжения на выходе; Uвых, Iвых — амплитудные значения переменных составляющих напряжения и тока на выходе; Рвх, Рвых — мощность сигнала на входе и выходе.

Импульсный усилитель может состоять из нескольких каскадов. Для усилителя, являющегося многокаскадным, коэффициентом усиления является произведение его отдельных каскадов:

$К = К1 • К2 • ... • Кn$

Кроме коэффициента усиления, одним из самых важных количественных параметров импульсных усилителей является коэффициент полезного действия, который рассчитывается по формуле:

$n = Рвых / Рист$

где, Рист — мощность, которая потребляется усилителем от источника питания.

К количественным показателям импульсного усилителя еще относятся выходное и входное сопротивление:

$Rвх = Uвх / Iвх$; Rвых = |/\Uвых| / |/\Iвых|

где, Uвх, Iвх — амплитудные значения напряжения и тока на выходе усилителя; /\Uвых, /\Iвых — прирастание амплитудных значений на выходе усилителя, которые вызваны изменение сопротивления нагрузки.

У импульсного усилителя есть четыре основные характеристики. Амплитудная характеристика представляет собой зависимость тока или напряжения от амплитуды входного напряжения или тока. Пример ее функции изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

1 — напряжение шумов; 2 — минимальное входное напряжение, при котором различается сигнал; 3 — точка, после которой наблюдается искажение входного сигнала.

Амплитудно-частотная характеристика является зависимостью между модулем коэффициента усиления и частоты. Фазо-частотная характеристика является зависимостью между углом сдвига фаз между входным и выходным напряжением и частоты. Переходная характеристика это зависимость между выходным сигналом (ток или напряжение) от времени при скачкообразном входном воздействии. Пример функции частотной характеристики изображен на рисунке ниже.

Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

/\ - спад вершины времени; о — выброс фронта импульса; t – время; U — напряжение.

Все характеристики усилителя связаны между собой. Переходная характеристика в области малых времен соответствует области верхних частот, а в области больших времен области нижних частот.