ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.06.2024
Просмотров: 102
Скачиваний: 0
РОСТОВСКОЕ ВЫСШЕЕ КОМАНДНО-ИНЖЕНЕРНОЕ УЧИЛИЩЕ им. ГЛАВНОГО МАРШАЛА АРТИЛЛЕРИИ НЕДЕЛИНА М.И.
В.И.ЛЮБИВШИ
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УГГОЙСТВА
Утверядено начальником училища
вкачестве учебного пособия дня слушателей РВКЙУ -
Ростов-на-Дону
1 9 7 1
2
УДК 621.375 (0 7 5 .8 )
Усилительные устройства. Любивый В.И. РВКИУ. 1971.
В книге рассиатриваются остовы теории усиления, кас кады предварительного усиления, выходные каскады и обрат ные связи в усилителях. Анализ и расчет схем производится как на лаипах, так и на транзисторах.
Книга предназначена для слушателей радиотехнической специальности. Объем материала книги и последовательность изложения соответствуют действующей учебной программе.
Рисунков 132. Библиографий 24.
3
Г л а в а I
ОСНОВЫ ТЕОРИИ УСИЛЕНИЯ
§ IЛ.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ
Усиление относится к частному виду управления энер
гией. Отличительными особенностями усиления являются плав ность и однозначность процесса управления, а также пре вышение управляемой мощности над управляющей. Устройство,
осуществляющее такое управление, называется усилителем.
Усилители, у которых каг управляющая, так и управляе
мая энергия представляют собой электрическую энергию,от нося тс я к классу электрических усилителей, которые обычно называют усилителями электрических сигналов.
Назначением усилителя является повышение мощности
первичного источника посредством использования ег о энер
гии для управления более мощным вторичным источником,пи тающим нагрузку.
Усилитель можно представить |
как преобразователь энер |
|
гии вторичного источника П |
управляемый первичным источ |
|
ником I и отдающий нагрузке |
z H |
требуемую мощность, |
превышающую мощность первичного |
источника ^ р и с .1 .1 ). |
Р и с.1 .1
Генератор I называют источником возбуждения |
усилителя, |
||||
а отдаваемую |
им мощность - мощностью возбуждения. |
|
|
||
Цепь, |
в |
которую вводится возбуждающий сигнал |
ЯХ |
, |
|
называется |
входной цепью или входом усилителя. Нагрузка |
|
|||
усилителя |
|
Z H |
является потребителем усиленных элект |
рических сигналов, а цепь, к которой подключается нагрузка, называется выходной цепью или выходом усилителя. Источник,
от которого |
усилитель получает энергию, преобразуемую им |
в усиленные |
электрические колебания, называют вторичным |
источником питания (основным источником питания). Усиление электрических сигналов в усилителе произво
дится усил”тельными приборами (усилительными элементами). Такими являются: электровакуумные, полупроводниковые магнит ные , диэлектрические,сверхпроводниковые и др.
В соответствии о тем, какой тип усилительного элемента используется, электрические усилители именуются: ламповые, полупроводниковые, магнитные, диэлектрические и др.
Усилительный элемент вместе с '■яектрическими деталями схемы,через которые к нему подводится энергая от источника питания, а также подаются и снимаются усиленные сигналы, называют усилительным каскадом (ри с.1. 2).
Простейший усилительный каскад содержит один усилитель ный элемент и в некоторых случаях — четырехполюсник свя зи. Более сложными являются каскады, содержащие больше одно го усилительного элемента,соединенных параллельно или.по двухтактной схеме.
5
Всякий усилитель увеличивает мощность электрических колебаний, однако часто необходимо иметь на нагрузке определенное напряжение кш ток*
В зависимости от своего основного назначения усилители подразделяются на три вида:
~ усилитель напряжения, предназначенный для усиления подводимого к нему напряжения;
- усилитель мощности, предназначенный для усиления
мощности, |
отдаваемой внешней нагрузке; |
- усилитель тока, предназначенный для усиления подло- |
|
димого к |
нему тока. |
В усилителе наиболее полного состава в качестве первый используются каскады усиления напряжения. Затем следуют квс^-
квды усиления мощности (р н сЛ .З ). |
I |
Усилитель тока в большинстве случаев выполняется од- |
: |
покаскадным; иногда более сложный усилитель содержит несколь ко каскадов.
В зависимости от диапазона частот усиливаемых сигна лов усилители делятся на две группы. Первую группу состав ляют высокочастотные или избирательные усилители с относи тельно узкой полосой частот, характеризуемой неравенством -г 1— 41,1 и редко превышающей на самых низких частотах веМйчину 1, 1, Здесь 1Шс1Л! и - граничные частоты полосы про пускания усилителя.
■Вторую групйу составляют низкочастотные усилители. Они имеют относительно широкую полосу пропускаемых частот и ха рактеризуются неравенством
I,m o ос » 1
1f t it n
Втаких усилителях в большинстве случаев содержатся це пи, не обладающие свойствами колебательности, например актив ные сопротивления в сочетании с емкостями и пр. Поэтому эти усилители иногда называют апериодическими усилителями.
Взависимости от. вида подлежащих усилению сигналов уси лители делятся на усилители гармонических сигналов и
KQGHQf
усиленш
напряж е
ны?
и ли mepj,
S °нос^ад
усы л емир
нопряясе -
Мир нрлрялъсмиА' J j
Рис. 1.3
Z,
°)
*0 |
KOCKQg |
7 KQCKQ$ |
усилены? |
Усиления |
|
мощности |
||
рпощности |
||
|
||
У с и л и т е л ь м о щ н о с т и |
Ц
6)
I
а\
\
Рис. 1.4
- 7 -
усилители импульсных сигналов.
Первые предназначены для усиления квазипериодических сигналов различной величины и Форш, вторыедля усиления импульсных сигналов. Анализ и расчет усилителей гармоничес ких сигналов, как правило, проводятся,исходя из рассмотре ния стационарного режима. При исследовании усилителей импуль сных сигналов наибольший интерес представляет рассмотрение переходного режима.
Усилители, обладающие способностью усиливать весАиа медленные колебания, в том числе и "нулевой частоты", при нято называть усилителями постоянного тока.
По характеру нагрузки в анодной цепи различают усили тели реостатные, трансформаторные, реостатно-трансформатор ные, реостатно-дроссельные.
Следует иметь в виду, что приведенная клабсификация усилителей является неполной, но необходимой для начинаю щих изучение курса усилителей.
В настоящем пособии будут рассмотрены усилители низ кой частоты в широком смысле слова, включающие усилители с высокой рабочей частотой порядка сотен килогерц и выше, одновременно имеющие большое отношение высшей рабочей частоты к низшей, которые обычно называют широкополосными.
§ 1 .2 .УСИЛИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБЫ ЕГО ВКЛЮЧЕНИЯ
В задачу настоящего раздела входит изучение только одного вида усилителей - электронных усилителей, гринцип дейстт ш которых основан на управлении движением электронов в электронных лампах и полупровогниковых усилительных эле ментах.
Основными достоинствами электронных усилителей по спавнению с другими типами усилителей являются: простота конст рукции, большое усиление, малые искажения усиливаемых сигна лов, благодаря чему эти усилители обеспечивают минимум по терь информации, содержащейся в сигнале управления.
ь -
Совремеиные электронные лампы при использовании их в
качестве усилительных приборов имеют следующие достоинства:!
-относительно малый разброс параметров у различных экземпляров данного типа;
-независимость параметров лампы от частоты в широком диапазоне частот» Существуют лампы, которые удовлетворителы-
но работают в диапазоне частот от 0 до тысяч мегагерц}
- параметры ламп почти не зависят от температуры окру
жающей среды в большом интервале ее изменения. Современные лампы могут применяться при перепаде температур до 200°С
без специальных компенсирующих устройств;
- большей входное сопротивление лампы, что упрощает
схему связи входной цепи с источником сигнала и дает воз можность получить высокий коэффициент усиления по мощности для каждого каскада (до Юб и более);
- слабая паразитная связь (в многоэлектродных лампах)
между входной и еыходной цепями.
К недостаткам электронных ламп можно отнести;
-относительно большие габариты;
-относительно небольшой срок службы (меньше,чем у тран
зисторов);
-низкий к .п .д .
-необходимость в источнике питания цепи накала.
Главными достоинствами транзисторов являются:
-малые габариты и вес;
-большая механическая прочность;
-высокий коэффициент полезного действия;
-большой срок службы, что повышает надежность аппара
туры;
-возможность работы при низковольтных источниках пи
тания.
К недостаткам транзисторов следует отнести:
-большой разброс параметров;
-резко выраженную частотную и температурную зависи
мости параметров;
9-
-низкое входное сопротивление, что не позволяет по лучить высокий коэффициент усиления по мощности на один каскад.
Электронные лампы находят более иирокое применение в усилителях большой мощности, а также в усилителях с повы шенной стабильностью в условиях работы при значительных ко-: лебаниях температуры. Каскады с пониженным уровнем помех, особенно при большой полосе пропускания, также легче вы полнить на электронных лампах.
Основная область применения транзисторов - малогабарит|- ная аппаратура, где требования к весу, габаритам ц к .п .д . являются определяющими.
Разновидностью полупроводниковых усилительных приборов! являются туннельные диоды. Прменение их дает возможность существенно упростить схемы усилителей и расширить полосу пропускания усилителя до нескольких тысяч мегагерц, а так же использовать малые напряжения источшков питания (сотни милливольт).
Принцип действия усилителя рассмотрим на примере электронных усилителей на лампе и транзисторе (рис.1. 4,а,б )|.
На рисунках приняты следующие обозначения: |
|
||
U t |
~ |
напряжение источника усиливаемых (управляющих) : |
|
Е иЕ |
|
колебаний; |
|
“ |
э .д .с . источников энергии соответственно |
анод |
|
|
|
ной и коллекторной цепей; |
|
Ес и Е « |
|
э .д .с . источников смещения соответственно |
се |
|
|
|
точной и базовой цепей;
R- полезная нагрузка, с которой снимается усиленны^
Нсигнал.
Остановимся прежде всего на работе электронного усили
теля |
на лампе. |
|
|
|
|
|
|
Зависимость |
меэду |
током |
лампы |
1_ и напряжением |
|
электрической энергии |
Е |
о |
определяется уравнением I=qE1 _ |
|||
|
|
|
|
|
Q. <* |
|
гле |
Г |
> а |
|
R-Vs |
сопротивление лампы |
|
постоянному току. |
|
|
|
|
|