Электронный усилитель это: Электронные усилители

Содержание

Электронные усилители – Статьи об энергетике

Усилитель – это устройство, позволяющее управлять сигналом малой мощности на входе мощным выходным сигналом (с учетом наличия внешнего источника питания для выходного сигнала). Простейшим примером усилителя является магнитный пускатель: мощность потребляемая катушкой управления составляет несколько ватт, а мощность подключаемой нагрузки (электродвигатели) может достигать нескольких киловатт. Большое распространение получили различные электронные усилители, которые и будут рассмотрены в этой статье.

Отличительной особенностью электронных усилителей является то, что принцип их действия основан на явлении проводимости электрических сигналов в различных средах. При этом в качестве входного сигнала могут служить музыка, речь, аналоговые сигналы с датчиков или радиосигналы. Простейшими электронными усилителями можно считать полупроводниковые приборы (транзисторы и микросхемы на их основе), а также электронные лампы. Далее рассмотрим типы электронных усилителей, в зависимости от выполняемых ими функций.

1. Усилители постоянного тока.

Усилители постоянного тока предназначены для усиления постоянного напряжения. Применяются усилители постоянного тока в измерительных и преобразовательных приборах, для усиления сигналов с датчиков, а также являются основой для распространенных микросхем операционных усилителей (ОУ). Простейший усилитель такого типа представлен на рисунке 1.

Рисунок 1.

Схема усилителя постоянного тока на базе операционного усилителя приведена на рисунке 2.

Рисунок 2.

2. Электронные усилители переменного тока.

Усилитель переменного тока позволяет усиливать переменную составляющую входного сигнала. Схема микрофонного усилителя, применяемая ранее в отечественной аудиотехнике, представлена на рисунке 3.

Рисунок 3.

Отличительной особенностью усилителей переменного тока является наличие разделительных конденсаторов на входе и выходе усилителя, что позволяет пропускать через усилитель лишь переменную составляющую входного сигнала.

3. Частотные усилители.

Среди усилителей частоты выделяют высокочастотные и полосовые усилители. Основное применение усилители высокой частоты нашли в телевизионной технике и радиоприемниках. Простейший вариант применения высокочастотного усилителя – усиление сигнала от антенны. Полосовые усилители позволяют усиливать сигнал в определенном диапазоне частот.

4. Предварительные усилители.

Назначение предварительного усилителя – усиление входного сигнала до необходимого уровня, который далее передается для обработки. Примером могут служить усилители в аудиотехники для преобразования сигналов.

5. Измерительные (инструментальные) усилители.

Большую группу электронных усилителей занимают измерительные усилители, применяемые в измерительной технике, средствах автоматизации и управления промышленными системами и комплексами. Схемы измерительных усилителей, как правило, строятся на базе нескольких ОУ (рисунок 4).

Рисунок 4.

Измерительные усилители, ввиду широкого распространения, изготавливаются в интегральном исполнении (в виде одной микросхемы), что позволяет существенно упростить их применение и отладку системы в целом.

Всего комментариев: 0

История появление электронных усилителей – Роберт фон Либен

Александр Микеров,
д. т. н., проф. каф.
систем автоматического управления
СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Рис. 1. Телефонный репитер

Потребность в усилении электрических сигналов возникла в конце XIX в. в связи с развитием дальней проводной связи. Телеграфные линии снабжались релейными репитерами, предложенными еще Джозефом Генри. Это решение явно не подходило для телефонии, поэтому в Америке из-за огромных расстояний компания AT&T стала использовать электромеханические репитеры на основе угольного микрофона, изобретенного Эдисоном в 1878 г. В конце участка линии (1) устанавливался электромагнит (2), шток которого (3) давил на диафрагму микрофона (4) в следующем участке линии (5) (рис. 1) [1, 2]. Такой репитер, изобретенный в 1903 г. инженером этой компании Гербертом Шривом (Herbert Shreeve), через год уже нашел применение на телефонной линии Нью-Йорк — Чикаго.

В Европе, поскольку там расстояния меньше, длинные телефонные линии долго не считались нужными, однако именно здесь, в Австрии, физик и предприниматель Роберт фон Либен (Robert von Lieben, рис. 2) предложил первый электронный усилитель для телефонного репитера. Он прожил очень короткую жизнь, всего 34 года, но этого оказалось достаточно для того, чтобы он вписал свое имя в историю электроники [2–5].

Рис. 2. Роберт фон Либен (1878–1913)

Роберт фон Либен родился в Вене в одной из самых богатых и интеллигентных семей еврейских банкиров в Австро-Венгерской империи. Учеба в гимназии, а затем в реальном училище не доставляла ему удовольствия, поэтому, не получив даже диплома средней школы, он часто пропадал в домашней лаборатории, устроенной отцом, который поощрял научные занятия сына. Это оберегло Либена от соблазнов молодости и позволило целиком заняться самообразованием, не считая военной службы, куда он пошел добровольцем и скоро выбыл после неудачного падения с кавалерийской лошади. Сначала он стажировался в Германии на заводе Сименс — Шукерт, был вольнослушателем Венского университета, а затем учился в Геттингенском университете под руководством знаменитого Валтера Нернста (Walther Nernst), который заметил его увлечение проблемами телефонии. Вернувшись в Вену в 1903 г. и обладая значительными средствами, Либен основал собственную исследовательскую лабораторию и даже купил телефонную фабрику. Он решил компенсировать потери в длинной линии электронным усилителем, который он назвал катодно-лучевым реле и запатентовал в 1906 г. (ранее аудиона де Фореста) [4, 6, 7].

Прототипом этого устройства можно считать катодно-лучевую трубку, разработанную в 1897 г. немецким физиком Карлом Брауном (Karl Braun), разделившим в 1909 г. вместе с Маркони Нобелевскую премию за беспроволочную телеграфию (рис. 3) [2, 4].

Рис. 3. Трубка Брауна

Данная трубка содержит холодный катод (К) и анод (А), которые формируют при напряжении около 100 тыс. В катодный луч, падающий через диафрагму (Д) на фосфоресцирующий экран (Э).

Электромагнит, помещенный возле диафрагмы, вызывает отклонение катодного луча в вертикальной плоскости, пропорциональное току электромагнита. Рассматривая изображение на экране с помощью вращающегося зеркала, Браун мог видеть форму тока электромагнита, например синусоиду. По сути, это был первый электронный осциллограф и предтеча телевидения. Вместо диафрагмы сходящийся луч можно образовать самим катодом в виде вогнутого зеркала.

Предложенное Либеном реле (рис. 4) в виде вакуумной трубки содержало подогревный катод (К) с батареей (БК) и анод (А) в виде цилиндра Фарадея с отверстием, подключенного через сопротивление нагрузки (Н) (например, телефон) и добавочное сопротивление (RA) к анодной батарее (БA).

Рис. 4. Катодно-лучевое реле

Рис. 5. Лампа Либена

Анод заключен в приемник (П) с таким же отверстием, соединенный с анодной батареей (БA). Катод (K) в виде вогнутого зеркала создает луч, сфокусированный, как показано на рисунке, на отверстии приемника.

На трубку надета фокусирующая катушка (Ф), предложенная немецким физиком Эмилем Вихертом (Emil Wiechert) в 1899 г., которая, при наличии тока от батареи (БФ) через регулировочное сопротивление (R), смещает фокус луча ближе к катоду [4, 6]. Таким образом, при отсутствии входного тока катушки (Ф) все электроны катодного луча собираются в фокус и попадают на анод (A), вследствие чего ток нагрузки (Н) становится максимальным. При увеличении входного тока фокус луча смещается в сторону катода и на поверхности приемника (П) вокруг отверстия образуется круг, при увеличении диаметра которого всё большая часть электронов луча попадает на приемник, что в итоге приводит к снижению выходного тока нагрузки (Н). Следовательно, по мысли изобретателя, форма выходного тока соответствует форме входного, и данное устройство является линейным электронным усилителем.

Такой усилитель оказался вполне работоспособным, однако его выходная мощность была явно недостаточной для телефонного репитера. Тем не менее еще долго электронные лампы репитеров назывались катодными реле. Открытие ртутно-дуговой лампы указывало на возможность повышения тока вакуумной лампы введением в нее паров ртути. По этому пути и пошел Либен, создавший в 1910 г. вместе с сотрудниками своей лаборатории Евгением Рейсом (Eugen Reisz) и Зигмунтом Штраусом (Siegmund Strauss) на основе известного ему аудиона де Фореста мощную лампу длиной 40 см (рис. 5) [2, 4, 5, 7, 8]. Здесь сетка выполнена в виде перфорированной алюминиевой перегородки (С), отделяющей платиновую оксидированную нить накала (К), предложенную Вихертом, от витого анода (А).

Внутрь лампы вводилась амальгама ртути (Р), нагревом которой извне регулировалось давление паров, что снижало неустойчивость работы при изменении температуры. Тем не менее при военном применении лампа помещалась в специальный термостат. Все это позволяло поднять напряжение до 220 В при коэффициенте усиления 33. Срок службы лампы, составлявший до 3600 ч, был гораздо выше, чем у аудиона де Фореста (100 ч). Для создания усилительной аппаратуры в 1912 г.

был основан консорциум Либена, куда вошли ведущие немецкие компании, такие как Siemens (для телефонной связи), Telefunken (для радио) и др. С началом Первой мировой войны (уже без участия изобретателя, скончавшегося в 1913 г. после тяжелой болезни) была установлена устойчивая телефонная связь с Восточным и Западным фронтами, а также Константинополем с сотней электронных репитеров. Однако после войны Германия перешла на «жесткие» электровакуумные приборы, разработанные в Америке, поскольку лампа Либена отличалась огромными размерами и высоким напряжением и неустойчиво работала при изменениях температуры.

Почти одновременно с немецкими работами американская компания AT&T, недовольная качеством описанных выше электромеханических репитеров, решила попробовать использовать аудионы [2, 9]. В 1912 г. была организована встреча представителей компании с изобретателем Фрицем Ловенштейном (Fritz Lowenstein), бывшим ассистентом Николы Теслы, получившим образование в Европе. Он демонстрировал всем запечатанную коробочку с аудионом, дающую хорошее воспроизведение звуковых сигналов. Однако изобретатель не раскрывал содержание коробочки до оформления патентной заявки. Тем не менее компания подключила к этой работе доктора Гарольда Арнольда (Harold Arnold, ученик знаменитого Милликена, измерившего заряд электрона), а также самого изобретателя аудиона Ли де Фореста, передавшего несколько ламп. Их испытания показали, что эти лампы совершенно не пригодны для телефонии по причине малой выходной мощности из-за низкого напряжения (20 В), недостаточного усиления (1,2), малого срока службы (100 ч) и искажения речи [2, 7, 9]. Знакомый с немецкими исследованиями, Арнольд решил применить оксидный катод Вихерта, однако отказался от паров ртути и пошел совершенно в противоположном направлении, создав максимально возможный вакуум для электронной эмиссии. Помимо полной конструктивной переработки аудиона, это позволило увеличить анодное напряжение в 10 раз (до 200 В), коэффициент усиления до 5 и срок службы — до 1000 ч. Что касается искажений речи, то к тому времени Ловенштейн уже раскрыл содержание своей коробочки, запатентовав схему смещения сетки аудиона, показанную на рис. 6 [10], где К — катод, питаемый от батареи (БК) и резистора (R), А — анод, подключенный к левой части батареи (БА), и С — сетка, имеющая отрицательный потенциал относительно катода за счет правой части батареи (БА). Телефонная линия подключается к сетке через входной трансформатор (ТР1), а телефон (Т) через выходной трансформатор (ТР2).

Рис. 6. Патент Ловенштейна

Изобретатель не смог объяснить причину улучшения качества речи, сославшись на эксперименты. Однако принципиальная необходимость сеточного смещения аудиона, равно как и современного триода, поясняется рис. 7, из которого видно, что характеристика анодного тока I_Aпри изменении сеточного напряжения U_C смещается в область отрицательных напряжений. Поэтому получение неискаженного выходного сигнала (Выход) возможно лишь при подаче входного сигнала (Вход) в рабочей точке А середины линейного участка, определяемой отрицательным напряжением смещения U_СМ.

Рис. 7. Анодно-сеточная характеристика

Патент Ловенштейна был приобретен компанией AT&T за $150 тыс., и это решение с сеточным смещением стало классическим для всех усилителей на вакуумных триодах [11]. Все эти достижения позволили компании AT&T уже в конце 1913 г. ввести в коммерческую эксплуатацию телефонную линию с электронными репитерами Нью-Йорк — Вашингтон, а в 1915 г. Нью-Йорк — Сан-Франциско длиной более 4000 км [2].

Рис. 8. Пентоды

Электронные усилители начали применять и в радиоаппаратуре с каскадным включением аудионов. Так, в четырехкаскадном усилителе на лампах Либена был получен коэффициент усиления 20 тыс. [8]. В 1914 г. Эдвин Армстронг (Edwin Armstrong), известный американский изобретатель, будучи еще студентом Колумбийского университета, запатентовал схему так называемого «регенеративного» усилителя с повышенным коэффициентом усиления за счет положительной обратной связи [5, 8]. Наращивание числа каскадов сопровождалось искажением звукового сигнала из-за нелинейности каждой лампы. Кардинальное решение проблемы линейности было найдено в 1927 г. инженером Харольдом Блэком (Harold Black) из компании AT&T, охватившим весь многокаскадный усилитель отрицательной обратной связью.

Сами электровакуумные приборы развивались за счет расширения их функциональных возможностей и миниатюризации. Прежде всего, для повышения коэффициента усиления до нескольких тысяч и расширения частотного диапазона до 1 ГГц были изобретены четырехэлектродные приборы (тетрод) с двумя сетками и пятиэлектродные приборы (пентод) с тремя сетками. Тетрод был предложен немецким физиком Валтером Шоттки (Walter Schottky) из компании Siemens в 1916 г., а пентод — голландским инженером Бернардом Теллегеном (Bernard Tellegen) из компании Philips через десять лет [2, 4, 5, 11]. Уменьшение размеров на примере пентода видно на рис. 8, где слева направо представлены: немецкая и американская лампы 1935 г., пальчиковая лампа США 1939 г., стержневая лампа СССР 1950 г. и современный транзистор (для сравнения) [12].

Рис. 9. Штабельная лампа

Стержневые лампы, не имеющие западных аналогов, были изобретены инженером Валентином Николаевичем Авдеевым и использованы в радиоаппаратуре первых советских спутников. Необычную конструкцию имели штабельные лампы, предложенные учеными ЛЭТИ Юрием Абрамовичем Кацманом и Александром Александрович Шапошниковым в 1934 г. (рис. 9): металлические детали катода (К), сетки (С) и анода (А) были укреплены на керамических рамках, складываемых стопкой. Это позволяло достичь не только малых размеров, но и высокой рабочей частоты [5].

Другое направление миниатюризации — сборка в одном баллоне двух-трех ламп вместе с дополнительными схемными элементами — было выбрано немецкой компанией LOEWE в 1926 г. [2, 5]. Такая интегральная конструкция превращалась в целый радиоприемник за счет добавления всего трех узлов: колебательного контура, динамика и батареи питания.

В ХХ в. электронные лампы безраздельно господствовали во многих радиотехнических и автоматических системах, вплоть до 1950-х гг. , когда их стали вытеснять транзисторы. Однако в 1976 г., когда новейший советский истребитель МИГ-25, ставший на боевое дежурство в 1970 г., приземлился в Японии и был обследован американцами, выяснилось, что все его радиоэлектронное оборудование построено на лампах [11]. Одной из причин этого была их непревзойденная стойкость к электромагнитному импульсу ядерного взрыва, что объясняет и современный интерес к этим электронным приборам. Другими областями применения вакуумных ламп остаются мощное радиоэлектронное оборудование радаров и других СВЧ-устройств (магнетроны, клистроны), например микроволновые печи, а также аудиотехника, где лампы обеспечивают лучшее качество звучания [4, 11].

Первый электронный усилитель был предложен Либеном в 1906 г. на основе электронно-лучевой трубки Брауна для замены электромеханических репитеров телефонных линий.
Практическое применение в телефонии Первой мировой войны нашла более мощная лампа Либена в виде аудиона с парами ртути. Недостатками такой лампы оказались температурная нестабильность и большие габариты.
Лучшими характеристиками обладал усилитель Арнольда на основе аудиона Ли де Фореста высокого разряжения («жесткая» лампа) со схемой сеточного смещения Ловенштейна, обеспечивавшей неискаженное воспроизведение звука.
Переход на «жесткие» многосеточные лампы и их миниатюризация привели к повсеместному применению ламповых усилителей вплоть до середины ХХ в.
Постепенно их вытеснили транзисторы, но не везде: ламповые усилители по-прежнему используют в мощной СВЧ-технике, аудиотехнике и военной электронике, стойкой к электромагнитному импульсу.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Литература

Guarnieri M. Birth of Amplification Before Vacuum Tubes // IEEE Industrial Electronics Magazine. 2012. December.
Tyne G. F. J. Saga of the Vacuum Tube. New York: Prompt Publications. 1994.
Angetter D., Martischnig M. Biografien österreichischer [Physiker]. Wien: Herausgegeben vom österreichischen staatsarchiv. 2005.
Пестриков В. М. Электровакуумный триод, или разные пути решения одной проблемы // IT news. № 20 (69). 24 октября 2006.
Быховский М. А. Развитие телекоммуникаций. На пути к информационному обществу. История развития электроники в XX столетии. М.: Либроком, 2012.
Robert von Lieben. Kathodenstrahlenrelais. Patent DRP 179807. Deutchen Reiche. 4 Marz 1906.
Микеров А. Г. Аудион де Фореста – первая трехэлектродная электронная лампа // Control Engineering Россия. № 5’19 (83).
Fleming J. A. The thermionic valve and its developments in radiotelegraphy and telephony. London, New York: The Wireless press. 1919.
Llewellyn F.B. www.rfcafe.com/references/radio-news/birth-electron-tube-amplifier-march-1957-radio-television-news.htm.
Lowenstein F. Telephone relay. US patent 1231764. April 24, 1912.
en.wikipedia.org/wiki/Vacuum_tube.
ru.wikipedia.org/wiki/Пентод.

Структурная схема усилителя | Электротехника

Усилителем называется устройство, предназначенное для усиления мощности входного сигнала. Усиление происходит с помощью активных элементов за счет потребления энергии от источника питания. Активными элементами в усилителях чаще всего являются транзисторы; такие усилители принято называть полупроводниковыми, или транзисторными. В любом усилителе входной сигнал управляет передачей энергии источника питания в нагрузку.

Принцип действия усилительного каскада удобно пояснить с помощью схемы, приведенной на рис. 2.1. Основой усилителя являются два элемента: резистор R и управляемый активный элемент (АЭ) – транзистор, сопротивление которого изменяется под действием входного сигнала U_вх. За счет изменения сопротивления АЭ изменяется ток, протекающий от источника питания с напряжением E_п в цепи резистора R и АЭ. В результате будут меняться падение напряжения на резисторе, а следовательно, и выходное напряжение U_вых. Здесь процесс усиления основан на преобразовании энергии источника питания E_п в энергию выходного напряжения.

Рассмотрим структурную схему усилительного каскада, приведенную на рис. 2.2. Усилитель представлен как активный четырехполюсник. Источник входного сигнала показан в виде генератора напряжения E_r, имеющего внутреннее сопротивление R_r. На выходе усилителя включен резистор нагрузки R_н. Ни генератор E_r, ни нагрузка не являются частями усилительного каскада, но довольно часто играют значительную роль в его работе. Усилитель на рис. 2.2 представляется своими входным R_вх и выходным R_вых сопротивлениями.

Рис. 2.1 Схема усилительного каскада

Рис. 2.2 Структурная схема усилительного каскада

По роду усиливаемой величины различают усилители напряжения, тока и мощности. Удобно подразделять усилительные каскады по соотношению величин R_вх и R_r. Если в усилителе R_вх >> R_r, то он является усилителем напряжения. В усилителе тока R_вх << R_r, т.е. имеет место токовый вход. В усилителе мощности вход согласован с источником входного сигнала, т.е. R_вх = R_r.

По соотношению между величинами R_вых и R_н усилители также можно разделить на усилители напряжения (R_вых << R_н), тока с токовым выходом (R_вых >> R_н) и мощности, которые работают на согласованную нагрузку (R_вых = R_н).

Как правило, усилитель состоит из нескольких усилительных каскадов (рис.2.3). Первый каскад называется входным, а последний – выходным, или оконечным. Входной каскад осуществляет согласование усилителя с источником входного сигнала, поэтому усилитель напряжения должен иметь большое входное сопротивление. Кроме того, крайне желательно, чтобы входной каскад имел минимальный коэффициент шума.

Рис. 2.3 Структурная схема усилителя

Выходной каскад многокаскадного усилителя чаще всего является усилителем мощности и призван работать на низкоомную нагрузку. Поэтому требуется, чтобы выходной каскад имел большую допустимую мощность, малое выходное сопротивление, высокий коэффициент полезного действия и малый коэффициент гармоник. Промежуточные каскады необходимы для обеспечения заданного усиления, т.е. основным их параметром является коэффициент усиления (по напряжению).

Соединение каскадов между собой в многокаскадном усилителе может быть осуществлено различными способами. Один из широко распространенных способов для усилителей переменного тока или напряжения реализуется с помощью разделительных емкостей. Такой усилитель называется усилителем с емкостной связью. Схема каскада с такими связями приведена на рис. 2.4.

Рис. 2.4 Каскад с ёмкостными связями

Для усилителей постоянного тока используется непосредственная (гальваническая) связь. Отметим, что непосредственная связь между каскадами широко представлена в интегральных схемах и будет рассмотрена далее, при изучении операционного усилителя.

Одними из основных параметров усилителя является коэффициент усиления. Различают три коэффициента усиления:

1) по напряжению

2) по току

3) по мощности

Для усилителей возможны различные значения коэффициентов, но принципиально то, что K_p всегда должен быть больше единицы. Общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов. Так, для K_u можно записать
К_u = K_u₁·K_u₂…K_uN.

Коэффициент усиления часто выражают в логарифмических единицах – децибелах (дБ):

K_u = 20 lg (U_вых /U_вх) = 20 lgK_u.

Аналогично в децибелах можно представить K_i и K_p. Для K_p справедлива следующая запись:

K_p = 10 lg(P_вых/P_вх) = 10 lgK_p.

Выражение коэффициентов усиления в децибелах связано с тем, что человеческое ухо реагирует на звуковые колебания в соответствии с логарифмическим законом слухового восприятия.

Если коэффициент усиления каждого каскада выражен в децибелах, то общее усиление многокаскадного усилителя, дБ:

К_u = K_u₁ + K_u₂ +…+ K_uN .

Помимо усиления сигнала необходимо, чтобы усилитель не изменял его формы, т.е. в идеальном случае точно повторял все изменения (напряжения или тока). Отклонение формы выходного сигнала от формы входного сигнала принято называть искажениями. Искажения бывают двух видов: нелинейные и частотные.

Нелинейные искажения определяются нелинейностью ВАХ транзисторов, на которых собран усилитель. Так, при подаче на вход усилителя сигнала синусоидальной формы выходной сигнал не является чисто синусоидальным, он будет содержать составляющие высших гармоник. Это просто пронаблюдать с помощью входной ВАХ биполярного транзистора, которая имеет форму экспоненты, а не прямой линии. Искажения этого вида оцениваются коэффициентом гармоник (коэффициентом нелинейных искажений), K_r:

где U₁, U₂, U₃ – значения напряжений сигнала в выходной цепи усилителя для основной, второй и третьей гармоник соответственно.

При оценке нелинейных искажений в большинстве случаев учитывают только вторую и третью гармоники, поскольку более высокие гармоники имеют малую мощность. В многокаскадных усилителях общий K_r можно принять равным сумме коэффициентов гармоник всех каскадов. На практике же основные искажения вносятся выходным (иногда предвыходным) каскадом, который работает на больших амплитудах сигналов.

Для приближенной оценки нелинейных искажений можно воспользоваться амплитудной характеристикой усилителя (рис. 2.5, а), представляющей собой зависимость амплитуды выходного напряжения U_вых от амплитудного значения входного сигнала U_вх неизменной частоты. При небольших U_вх амплитудная характеристика практически линейна. Угол ее наклона определяется коэффициентом усиления на данной частоте. Изменение угла наклона при больших U_вх указывает на появление искажений формы сигнала.

Частотные искажения определяются зависимостями параметров транзисторов от частоты и реактивными элементами усилительных устройств, в частности, разделительными ёмкостями. Эти искажения зависят лишь от частоты усиливаемого сигнала. Зависимость K_u усилителя от частоты входного сигнала принято называть амплитудно-частотной (частотной) характеристикой (АЧХ). С помощью АЧХ (рис. 2.5, б) можно представить коэффициенты частотных искажений на низшей M_н и высшей M_в частотах заданного диапазона работы усилителя:

Рис. 2.5 Амплитудная (а) и частотная (б) характеристики

Обычно допустимые значения коэффициентов частотных искажений не превышают 3 дБ. Отметим, что ?f = f_в— f_н принято называть полосой пропускания усилителя.

В усилителях звуковых частот достаточно иметь f_н= 20 Гц и f_в = 20 кГц; в широкополосных усилителях f_в может достигать десятков мегагерц; в частотно-избирательных усилителях f_н ? f_в и для высокочастотных усилителей может достигать сотен мегагерц; в усилителях постоянного тока (УПТ) f_н = 0, а f_в может составлять несколько десятков мегагерц.

Необходимо отметить, что в усилителях имеют место фазовые сдвиги между входным и выходным сигналами, которые могут привести к появлению фазовых искажений. Фазовые искажения проявляются лишь при нелинейной зависимости фазового сдвига от частоты. Эту зависимость принято называть фазочастотной

характеристикой (ФЧХ) усилителя. Частотные и фазовые искажения являются линейными искажениями и обусловлены одними и теми же причинами, причем большим частотным искажениям соответствуют большие фазовые искажения, и наоборот.

Помимо рассмотренных параметров и характеристик часто необходимо знать коэффициент полезного действия (КПД) усилителя, коэффициент шума, стабильность, устойчивость работы, чувствительность к внешним помехам и др. Важнейшим параметром усилителей мощности является коэффициент полезного действия ?:

? = P_н /P_о,

где P_н – мощность, выделяемая на нагрузке усилителя; P_о – мощность, потребляемая усилителем от внешнего источника питания. Величина ? всего усилителя определяется главным образом ? выходного каскада.

Основные параметры и характеристики усилителей зависят как от числа каскадов, так и от типа активного элемента (транзистора) и способа его включения в усилительном каскаде.

9 Электронные усилители. Классификация, параметры, характеристики. Усилители постоянного тока.

Усилитель электрических сигналов – это электронное устройство, предназначенное для увеличения мощности, напряжения или тока сигнала, подведенного к его входу, без существенного искажения его формы. Электрическими сигналами могут быть гармонические колебания ЭДС, тока или мощности, сигналы прямоугольной, треугольной или иной формы. Частота и форма колебаний являются существенными факторами, определяющими тип усилителя. Поскольку мощность сигнала на выходе усилителя больше, чем на входе, то по закону сохранения энергии усилительное устройство должно включать в себя источник питания. Т.о., энергия для работы усилителя и нагрузки подводится от источника питания. Тогда обобщенную структурную схему усилительного устройства можно изобразить, как показано на рис. 1.

Рисунок 1. – Обобщенная структурная схема усилителя

Электрические колебания поступают от источника сигнала на вход усилителя, к выходу которого присоединена нагрузка, энергия для работы усилителя и нагрузки подводится от источника питания. От источника питания усилитель отбирает мощность Ро – необходимую для усиления входного сигнала. Источник сигнала обеспечивает мощность на входе усилителя Р_вх выходная мощность Р_вых выделяется на активной части нагрузки. В усилителе для мощностей выполняется неравенство: Р_вх < Р_вых < Ро. Следовательно, усилитель – это управляемый входным сигналом преобразователь энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Преобразование энергии осуществляется с помощью усилительных элементов (УЭ): биполярных транзисторов, полевых транзисторов, электронных ламп, интегральных микросхем (ИМС). варикапов и других.

Классификация усилительных устройств.

Усилительные устройства классифицируют по различным признакам.

По виду усиливаемых электрических сигналов усилители подразделяют на усилители гармонических (непрерывных) сигналов и усилители импульсных сигналов.

По ширине полосы пропускания и абсолютным значениям усиливаемых частот усилители подразделяются на следующие типы:

– Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления сигналов в пределах от низшей частоты = 0 до верхней рабочей частоты . УПТ усиливает как переменные составляющие сигнала, так и его постоянную составляющую. УПТ широко применяются в устройствах автоматики и вычислительной техники.

– Усилители напряжения, в свою очередь подразделяются на усилители низкой, высокой и сверхвысокой частоты.

По ширине полосы пропускания усиливаемых частот различают:

– избирательные усилители (усилители высокой частоты – УВЧ), для которых действительно отношение частот /1;

– широкополосные усилители с большим диапазоном частот, для которых отношение частот />>1 (например УНЧ – усилитель низкой частоты).

– Усилители мощности – оконечный каскад УНЧ с трансформаторной развязкой. Для того, чтобы мощность была максимальной Rвн. к = Rн, т.е. сопротивление нагрузки должно быть равно внутреннему сопротивлению коллекторной цепи ключевого элемента (транзистора).

По конструктивному исполнению усилители можно подразделить на две большие группы: усилители, выполненные с помощью дискретной технологии, то есть способом навесного или печатного монтажа, и усилители, выполненные с помощью интегральной технологии. В настоящее время в качестве активных элементов широко используются аналоговые интегральные микросхемы (ИМС).

Характеристики усилителя отображают его способность усиливать с определенной степенью точности сигналы различной частоты и формы. К важнейшим характеристикам относятся амплитудная, амплитудно-частотная, фазо-частотная и переходная.

Амплитудная характеристика представляет собой зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды подаваемого на вход гармонического колебания определенной частоты . Входной сигнал изменяется от минимального до максимального значения, причем уровень минимального значения должен превышать уровень внутренних помех Uп, создаваемых самим усилителем. В идеальном усилителе (усилителе без помех) амплитуда выходного сигнала пропорциональна амплитуде входного Uвых=K*Uвх и амплитудная характеристика имеет вид прямой линии, проходящей через начало координат. В реальных усилителях избавиться от помех не удается, поэтому его амплитудная характеристика отличается от прямой.

Амплитудно- и фазо-частотная характеристики отражают зависимость коэффициента усиления от частоты. Из-за присутствия в усилителе реактивных элементов сигналы разных частот усиливаются неодинаково, а выходные сигналы сдвигаются относительно входных на различные углы. Амплитудно-частотная характеристика в виде зависимости представлена на рисунке. Рабочим диапазоном частот усилителя называют интервал частот, в пределах которого модуль коэффициента K остается постоянным или изменяется в заранее заданных пределах.

Фазо-частотной характеристикой называется частотная зависимость угла сдвига фазы выходного сигнала по отношению к фазе входного.

Электронный усилитель

2.2. В устройство и принцип работы. Каскады усиления. (Gain stages)

Каскад усиления – усилительный каскад, содержащий один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями.

В качестве армирующих элементов обычно используются вакуумные лампы и биполярные транзисторы, полевые, и в некоторых случаях может использоваться и ссылки, например, туннельных диодах используется свойство отрицательного сопротивления и др. усилительных элементов, полупроводниковых, а иногда и вакуумные могут быть не только дискретными отдельных, но интегрированных в составе микросхем, часто в одной микросхеме реализуется полностью законченный усилитель.

В зависимости от способа включения усилительного элемента различаются каскады с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором эмиттерный повторитель на биполярном транзисторе с общим затвором, общим истоком, общим стоком полевого транзистора истокового повторителя и с общей сеткой, общим катодом, общим анодом у лампы

Стадии распределенная нагрузка (Stage distributed load) – каскад, занимающий промежуточное положение между коммутационная схема с общим эмиттером и общим коллектором. как Вариант Каскада с распределенной нагрузкой, выходной каскад усилителя мощности “двухподвес”. важные свойства определяются элементами схемы фиксированный коэффициент усиление по напряжению и низкие нелинейные искажения. дифференциальный выходной сигнал.
Каскад с общим источником излучателя, катод-это самый распространенный способ включения, позволяет усиливать сигнал по току и напряжению одновременно, сдвигает фазу на 180°, то есть, переворачивая.
Каскад с общим коллектором стоком, анодом называется репитер, усиливает ток, оставляя напряжение сигнала равным исходному. используется в качестве буфера усилителя. важными свойствами повторителя являются его высокое входное и низкое выходное сопротивления, фазовые сдвиги не являются.
Каскад с общей базой затвором, сеткой (Cascade with a common base shutter, grid) – только усиливает напряжение применяется редко, является наиболее высокочастотным, фазу не сдвигает.

Gascogny усилитель-усилитель, содержащий два активных элемента, первый из которых включен по схеме с общим эмиттером истоком, катодом, а второй по схеме с общей базой затвором, сеткой. gascogny усилитель имеет высокую стабильность и низкую емкость. название усилителя произошло от словосочетания “КАСКад через катОД” английский. CASCade to cathODE (Каскад с катодной)

Каскады усиления могут быть односторонние и двухтактный.

Двухтактный усилитель (Push-pull amplifier) – усилитель, в котором входной сигнал поступает одновременно на входные цепи двух усилительных элементов или двух групп усилительных элементов, соединенных параллельно, со сдвигом по фазе на 180°.
Однотактный усилитель-усилитель, в котором входной сигнал поступает на входную цепь одного усилительного элемента или одной группы элементов, соединенных параллельно.

Усилитель электронный – Энциклопедия по машиностроению XXL

Блок питания состоит из стабилизированного выпрямителя, собранного на лампах Л , Л , Л , Л-, (для питания усилителя электронный стабилизатор поддерживает анодное напряжение усилителя равным 180 1 в при колебаниях напрялизмерительный мост и вторичные обмотки реле Pi и Рц. [c.51]

Уравнение движения ракеты (формула Циолковского) 437, i40 — 442 Уран 143 Уровни 396, 399 Усилитель электронный 3S3 Установка водоотливная (наземная, подземная) 96—98 Установка подъемная 95 Установки химико-технологические [c.506]

Амплитудно-частотная характеристика избирательных усилителей. Амплитудно-частотная характеристика избирательных усилителей электронного блока балансировочной машины определяется по показаниям измерителя величины неуравновешенности в зависимости от подаваемых на вход сигналов, равных по напряжению и отличных по частоте. При каждом измерении фильтр электронного блока настраивается в резонанс частоте сигнала. Если электронный блок имеет фильтры на несколько фиксированных частот, то частота сигнала подстраивается на мак-симальное усилие каждой из фиксированных частот. По данным измерения строятся графики функции iti) [c.311]

Одновременно сигнал с усилителя виброметра поступает через переключатель на вертикальный усилитель электронно-лучевой трубки [c.528]

При работе механизма импульсы с датчика А считываются магнитной головкой МГ-А (рис. 11.168) и через усилитель электронно-измерительного устройства (ЭИУ) записываются магнитной головкой МГ-Б на диск . При этом необходимо, чтобы передаточное число механизма было целым. [c.503]

Тип усилителя — электронный, работающий по принципу амплитудной модуляции тока несущей частоты [c.152]

Системы прямого преобразования (рис. 33, а) наиболее проста по схеме они могут работать как с усилителями (электронный осциллограф, магнитограф), так и без них (электрический светолучевой осциллограф). При отсутствии усилителей (для уменьшения Потребления энергии из измерительной цепи) регистрирующий орган [c.141]

Разностный магнитоэлектрический метод контроля кинематической погрешности заключается в том, что равномерно расположенные магнитные импульсы должны быть предварительно записаны лишь на диске одного преобразователя, с которого они переносятся на диск другого преобразователя. Переписывание импульсов с диска на диск производится в процессе вращения контролируемой зубчатой пары. При работе механизма импульсы с диска 1 считываются магнитной головкой 2 и через усилитель электронно-измерительного устройства 3 записываются другой магнитной головкой 5 на диске 6. Очевидно, что на этом диске из-за наличия кинематических погрешностей в контролируемом механизме импульсы записываются неравномерно. [c.113]

Электромашинные усилители. Служат для усиления электрической энергии и применяются, когда требуется получить на выходе значительную мощность постоянного тока, которую трудно обеспечить другими видами усилителей (электронными и магнитными). Электромашинные усилители обычно используются для питания исполнительных электродвигателей постоянного тока. [c.892]

Усилитель Электронный вольтметр [c.107]

Балансировка индуктивного датчика контролируется на выходе усилителя электронным осциллографом или цифровым вольтметром. При наличии микрометрической головки с ценой деления 0,01 мм можно снимать в статике комплексную тарировочную кривую системы датчик – усилитель как зависимость между перемещением контролируемой детали относительно датчика и выходным напряжением усилителя и заложить ее в память ЭВМ по каждому каналу усиления. [c.139]

При переходе шлифования с одной шейки на другую происходит смещение центров передней и задней бабок станка, затем на шейку вала находит скоба прибора активного контроля, на котором расположен специальный электронный прибор, определяющий положение вала. Этот прибор дает коррекцию на перемещение вала в осевом направлении для точной установки галтелей относительно шлифовального круга (рис. 228). Прибор состоит из измерительной головки, гидравлического суппорта и блока усилителей. Измерительный щуп 1 подвешен к [c.396]

Для электронного усилителя выходные параметры — полоса пропускания, коэффициент усиления на средних частотах, входное сопротивление, мощность рассеяния [c.22]

Выходные параметры пли фазовые переменные, фигурирующие в модели одной из подсистем (в одном из аспектов описания), часто оказываются внешними параметрами в описаниях других подсистем (других аспектов). Так, максимальные температуры корпусов электронных приборов в электрических моделях усилителя относятся к внешним параметрам, а в тепловых моделях того же объекта — к выходным параметрам. [c.23]

В большинстве усилителей используют транзисторы усилители на электронных лампах применяют только в случаях необходимости обеспечения большого входного сопротивления усилителя, низкого уровня шума, усиления сигналов высокой и сверхвысокой частоты и в некоторых других случаях. [c.167]

В узкополосных (резонансных) усилителях нагрузкой усилительного прибора (электронной лампы или транзистора) является колебательный контур, включаемый вместо сопротивления Z (рис. 2, а и б). [c.167]

Недостатком обычных вольтметров магнитоэлектрической, электромагнитной и других электротехнических систем является их низкая чувствительность и малое входное сопротивление, т. е. большая мощность, потребляемая ими из измерительной цепи. Этого недостатка нет у электронных вольтметров, у которых перед измерительным прибором стоит предварительный усилитель, обеспечивающий их высокую чувствительность и большое входное сопротивление. Примером такого вольтметра может служить вольтметр ВЗ-6 с несколькими шкалами, из которых при максимальной его чувствительности предел одной шкалы 500 мкВ. Преимуществом электронных вольтметров является широкий диапазон частот, в котором с их помощью можно проводить измерения, и высокое входное сопротивление. Указанный выше вольтметр предназначен для диапазона частот 5 Гц—1 МГц, имеет входное сопротивление [c.171]

Резонатор контактных раздельно-совмещенных преобразователей (рис. 23, в) состоит из двух призм 8 с приклеенными к ним пьезопластинами /, которые разделены электроакустическим экраном 9. Он служит для предотвращения прямой передачи ультразвука от излучающей пьезопластины, подключенной к генератору, к приемной пьезопластине, подключенной к усилителю электронного блока дефектоскопа. [c.204]

В электроавтоматике используются принципы автоматическо-г6 управления по пути, скорости, времени, нагрузке, тёмпературе осуществляемого при помощи схем с применением различных приборов и аппаратуры, например, конечных выключателей, реле времени, реле максимального тока, потенциометров. Применяется так называемое бесконтактное управление, осуществляемое при помощи датчиков, усилителей, электронно-ионной аппаратуры и радиоактивных изотопов. [c.359]

ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ электронное устройство для усиления и измерения слабых электрич. сигналов, медленно изменяющихся по времени (подробное см. Электрол1етр ла.иповый, Усили-те.ш постоянного тока). [c.470]

Пос1е этого разность задающего и возмущающего сигналов попадает на окончательный усилитель электронного блока ОУ и, усиливаясь, идет на гецератор тактовых импульсов ГТИ. ГТИ выдает ряд импульсов, частота которых зависит от величины электрического сигнала на входе ГТИ. Импульсы с ГТИ попадают в машину программного управления УМС-402 в блок задания скоростей и далее на шаговый двигатель, который управляет подачей суппорта через гидроусилитель, охваченный местной отрицательной обратной связью. [c.59]

Радио в настоящее время — громадная и разносторонняя отрасль техники, охватывающая не только передачу на любые расстояния в земных пределах сообщений, речи, музыки, передачу на значительные расстояния неподвижных и движущихся изображений (телевидение), но и вождение кораблей н самолетов (радионавигация), измерение расстояний между удаленными пунктами земной поверхности (радиогеодезия), определение местоположения невидимых предметов (радиолокация) и т. д. Рожденное физикой, радио в свою очередь обогатйло науку чрезвычайно гибкими и мощными средствами, исследования и многими новыми идеями. Радиофизическая аппаратура (например, усилители, электронные осциллоскопы, циклотроны, синхротроны, приемники, обнаруживающие радиоволны, излучаемые Солнцем и другими небесными телами) революциони-ровала технику физического эксперимента и оказывает все большее влияние на характер эксперимента и наблюдений в геофизике ), астрофизике, химии, биологии. [c.236]

Схема счетчика частиц Коултера приведена на рис. 20. Анализируемую суспензию помещают в ячейку /, из которой она постепенно вытесняется в результате изменения давления (от сифона). Проходя через отверстие 5, частица повышает электрическое сопротивление между электродами 2, что регистрируется через усилитель электронным счетчиком в виде импульса, пропорционального объему частицы. Допущение такой пропорциональности дает ошибки порядка 5 % от объема наиболее крупных частиц и 2—4 % в массовом распределении [14, с. 99], [c.36]

Пример 4.1. Электронный усилитель работает в малосигиальном режиме и состоит из двух клскадов и цепи обратной связи, имеющих передаточные функции К (р), Ki p) и Ki(p) соответственно. Математическая модель может быть получена непосредственно по схеме усилителя, представленной на рис. 4.13 [c.187]

Отраженные от дефекта импульсвл упругих колебаний подаются на пьезопластину и преобразуются в ней в электросигналы. Эти колебания усиливаются в усилителе, затем подаются кл экран электронно-лучевой трубки. При развертке расстояние от зондирующего импульса до принятого сигнала пропорционально времени прохождения импульса от пьезонластипы до дефекта и обратно. По числовому значению скорости и времени прохождения ультразвука можно определить координаты дефекта. Отклонение луча на электронно-лучевой трубке в вертикальном направлении характеризует амплитуду с сигнала и пропорционально значению размера дефекта. [c.132]

Внутренние параметры (параметры элементов) в моделях й-го иерархического уровня становятся выходными параметрами в моделях более низкого (й-Ы)-го иерархического уровня. Так, в рассмотренном выше примере (см. с. 22) для электронного усилителя параметры транзистора являются внутрспиими при проектировании усилителя и в то же время выходными при проектировании самого транзистора. [c.23]

Пример электрической структурной схемы телевизора приведен на рисунке 17.4. Прочитаем ее. Сигналы несущей изображения с частотой 49,75 МГц и сигналы несущей звука с частотой 56,25 МГц принимаются антенной, поступают в усилитель высокой частоты УВЧ и из него в смеситель, в который подаются также сигналы гетеродина. Из смесителя сигналы поступают в усилитель промежуточной частоты (УПЧ) звукового канала и в УПЧ канала изображения. В звуковом канале звуковой сигнал усиливается усилителем промежуточной частоты (УПЧ) на частоте 27,75 МГц, детектируется и преобразуется в сигнал низкой частоты с полосой 20… 10 000 Гц, усиливается в усилителе низкой частоты (УНЧ) и поступает на динамик. В канале изображения сигнал усиливается в УПЧ в полосе частот 29,5—34,25 МГц, детектируется видеодетектором, превращается в видеосигнал с полоской 0…4,75 МГц и поступает в видеоусилитель. Сигналы с видеоусилителя поступают на кинескоп в цепи синхронизации разверток электронного луча по строкам и по кадрам через селектор синхронизации импульсов. Выходя из селектора синхронизации импульсов, сигналы имеют прямоутольнучо форм импульса и частоту 15 625 Гц (частота развертки по строкам) и 50 Гц (частота развертки по кадрам). Импульсы пилообразной формы с указанными частотами поступают в обмотки отклоняющей системы кинескопа. Кроме того, сигнал развертки по строкам поступает на [c.359]

Таким образом, механотрои выполняет функции преобразователя п первой электронной лампы усилителя. Эти приборы характеризуются высокой чувствительностью, безынерциопностью, малыми измерительным усилием и габаритами. Так, для механотронов типа бМХ диапазон измерений составляет от 0,1 ДО 1 мм, чувствительность 3—100 мкА/мкм, измерительное усилие 0,015—0,4 Н, анодное наиряжение 5—15 В. Недостаток механотронов —невысокая долговечность (1000—4000 ч). [c.161]

Лампа бегущей волны (Л Б В) — электровакуумный прибор, работающий на основе взаимодействия электронного потока с бегущей волной электромагнитного поля, созданного длинной спиралью, расположенной внутри баллона лампы применяется в усилителях и генераторах СВЧ, может использоваться в относительно широком диапазоне частот (до 10% от средней частоты), характеризуется низким уровнем шумов, может отдавать мощность 100 кВт и более. В изофарной ЛБВ поддерживается оптимальный фазовый сдвиг между током и электромагнитной волной, в изохронной ЛБВ к концу замедляющей системы скорость электромагнитной волны снижается для лучшего согласования скорости электронов и волны, в многолучевой ЛЕВ используется несколько параллельных пучков электронов [2]. [c.146]

Явияюй — многоэлектродная электронная лампа, имеющая катод, анод и три сетки используется в усилителях [3, 4]. [c.150]

Преобразователь изображения влектроннооптический — электронный прибор, предназначенный для переноса изображения из одной спектральной области в другую с помощью пучка электронных лучей обычно это электроннолучевая трубка с фотокатодом, чувствительным к инфракрасному излукнию электронный луч с фотокатода направляется электрическим полем на экран с люминофором, на котором создается видимое изображение при этом возможно увеличение или уменьшение изображения, а также усиление изображения с сохранением его спектрального состава (электроннооптические усилители) (9]. [c.151]

Тетрод лучевой — тетрод, в котором в результате применения дополнительных электродов достигается концентрация потока электронов в отдельные пучки лучей, что исключает проявление динатронного эффекта при достаточно больших анодных токах применяют в качестве выходной мощной лампы в усилителях низкой частоты и генераторах [3,4]. [c.156]

Усилитель влектроннооптический — разновидность электроннооптического преобразователя изображения, в котором не изменяется спектральный состав изображения, но за счет большой энергии электронов, падающих на люминофор экрана, создается изображение большей яркости, чем изображение, проектируемое на фотокатод. [c.163]

Используя формулы (8.54) и (8.55), можно оценить относительное влияние тех или иных параметров измерительной установки на величину полезного сигнала. Так, например, для повьппения чувствительности фотоэлектрических измерений часто используется уменьп1ение Д/ (частотная полоса пропускания), приводящее к уменьшению флуктуаций, возникающих как из-за дробового эффекта, так и теплового движения электронов. В усилителях постоянного тока это достигается увеличением произведения ВС (С — емкость конденсатора) и неизбежно приводит к увеличению времени регистрации (записи) сигнала, что не всегда желательно. [c.441]

Проверочная работа” электронные усилители”

Тест «Электронные усилители»

Обратная связь называется положительной, если…

а) передается части энергии сигнала с выхода усилителя на его вход;

+б) подводимое с выхода усилителя напряжение совпадает по фазе входному напряжению;

в) подводимое с выхода усилителя напряжение противофазно с входным напряжением.

[2.стр147]

Искажения формы выходного сигнала, вызванное нелинейностью ВАХ активных приборов, используемых в усилителе, называется………..

а) частотными искажениями; +б) нелинейными искажениями;

в) фазовыми искажениями.

[2.стр142]

Характеристика соответствующая данному графику – это

а) частотная характеристика; б) фазовая характеристика;

+в) амплитудная характеристика.

[1.стр19]

Если усилительное устройство состоит из нескольких последовательно включенных каскадов, его общий коэффициент усиления равен …………

+а) К=К₁*К₂*К₃…К_пб) К=К₁+К₂+К₃……К_nв) К=(К₁*К₂*К₃) / (К₂*К₃+ К₁ *К₃+ К₁*К₂).

[3]

Какая схема усилителя изображена в данном случае – это….

+а) схема усилителя с общим эмиттером;

б) схема усилителя с общим коллектором;

в) схема усилителя с общей базой.

[5]

Усилитель низкой частоты – это………

+а) усилитель, предназначенный для работы в области звукового диапазона частот;

б) усилитель медленно меняющихся входных напряжений или токов, нижняя граничная частота которых равна нулю;

в) усилитель сигналов на частотах радиодиапазона.

[3]

Какой из графиков является частотной характеристикой усилителя без ООС:

+а)1; б)2; в)1,2; г) нет правильного ответа.

[3]

Полосовой усилитель – это ……….

+а) усилитель, работающий при фиксированной средней частоте спектра сигнала и приблизительно одинаково усиливающий сигнал в заданной полосе частот;

б) усилитель, у которого коэффициент усиления максимален в узком диапазоне частот и минимален за его пределами;

в) усилитель, дающий одинаковое усиление в широком диапазоне частот.

[5]

Амплитудно-частотной характеристике усилителя постоянного тока соответствует график …

а)1; +б) 2; в)3.

[2.стр143]

Обратная связь называется отрицательной, если…

а) передается части энергии сигнала с выхода усилителя на его вход;

б) подводимое с выхода усилителя напряжение совпадает по фазе входному напряжению;

+в) подводимое с выхода усилителя напряжение противофазно с входным напряжением.

[2.стр147]

К какой обратной связи соответствует данная структурная схема усилителя?

+ а) последовательная отрицательная обратная связь по напряжению;

б) параллельная отрицательная обратная связь по напряжению;

в) параллельная отрицательная обратная связь по току;

г) последовательная отрицательная обратная связь по току.

[2.стр147]

Искажения, обусловленные наличием в усилителе реактивных элементов, сопротивление которых зависит от частоты, называются…

а) частотными искажениями; +б) линейными искажениями;

в) фазовыми искажениями.

[2.стр141]

Усилители постоянного тока – это…

а) устройство, позволяющее повысить мощность входного электрического сигнала за счет энергии источника питания усилителя с помощью усилительных элементов (транзисторов, операционных усилителей и т.п.) при заданном уровне искажений;

+б) усилители, коэффициент усиления которых отличен от нуля при частоте сигнала равной нулю или полоса пропускания которых не ограничена снизу;

в) усилители, полоса пропускания которых сужена, с целью отделить сигналы в нужной полосе частот от сигналов, помех, или шумов других частот.

[3]

14. Электронным усилителем называется…

+а) устройство, позволяющее повысить мощность входного электрического сигнала за счет энергии источника питания усилителя с помощью усилительных элементов (транзисторов, операционных усилителей и т.п.) при заданном уровне искажений;

б) усилители, коэффициент усиления которых отличен от нуля при частоте сигнала равной нулю или полоса пропускания которых не ограничена снизу;

[3]

15. Избирательные усилители – это…

+в) усилители, полоса пропускания которых сужена, с целью отделить сигналы в нужной полосе частот от сигналов, помех, или шумов других частот.

[3]

16. Изменение формы выходного напряжения, вызванное изменением относительных значений амплитуд отдельных гармонических составляющих, называется…

+а) частотными искажениями; б) линейными искажениями;

в) фазовыми искажениями.

[4.стр25]

17. Изменение формы выходного напряжения, вызванное неодинаковым сдвигом во времени отдельных гармонических составляющих, называется…

а) частотными искажениями; б) линейными искажениями;

+в) фазовыми искажениями.

[4.стр25]

18. Амплитудная характеристика – это…

а) показывает зависимость мгновенного значения выходного напряжения от времени, при единичном скачкообразном изменении входного напряжения;

+б) снимается при подаче на вход усилителя гармонического колебания частотой, лежащей в полосе пропускания усилителя;

в) показывает зависимость фазового сдвига выходного гармонического колебания относительно входного, при изменении частоты.

[2.стр143]

19. Коэффициент усиления по напряжению – это…

+а) отношение выходного напряжения к входному напряжению;

б) отношение комплексной амплитуды тока сигнала в нагрузке усилителя к комплексной амплитуде тока сигнала на входе усилителя;

в) показывает, во сколько раз активная мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку, больше активной мощности, подводимой к его входным зажимам.

[2.стр140]

20. Переходная характеристика – это…

+а) показывает зависимость мгновенного значения выходного напряжения от времени, при единичном скачкообразном изменении входного напряжения;

б) снимается при подаче на вход усилителя гармонического колебания частотой, лежащей в полосе пропускания усилителя;

[2.стр141]

21. Коэффициент усиления по мощности – это…

а) отношение выходного напряжения к входному напряжению;

+в) показывает, во сколько раз активная мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку, больше активной мощности, подводимой к его входным зажимам.

[2.стр140]

22. Фазочастотная характеристика – это…

+в) показывает зависимость фазового сдвига выходного гармонического колебания относительно входного, при изменении частоты.

[2.стр141]

23. Коэффициент усиления по току – это…

[2.стр141]

24. Входным каскадом операционного усилителя (ОУ) является дифференциальный усилительный каскад постоянного тока, выходным каскадом – …

+а) эмиттерный повторитель тока

в) коллекторный повторитель тока

б) обратный ток [3]

25. Наиболее распространённый способ включения, позволяющее усиливать сигнал по току и напряжению одновременно, сдвигает фазу на 180°–это каскад ….

+а) Каскад с общим эмиттером

б) Каскад с общей базой

в) Каскад с общим коллектором [3]

Литература:

Рамм, Г.С. Электронные усилители: Учебное пособия для техникумов связи – Москва 1996, издательство « Связь».

2) Волощенко, Ю.И. Основы радиоэлектроники: Учебное пособия / Ю.И.Волощенко, Ю.Ю. Мартюшев, И.Н.Никитина и др.; – Москва.: издательство МАИ, 1993. – 416.

3) http://www.scriru.com/15/52874845289.php

4) Лабораторный практикум «радиоэлектроника»

5) http://fn.bmstu.ru/electro/new_site/labi/08/08.htm

Основы конструкции усилителя

»Примечания по электронике

Усилители являются одним из основных строительных блоков в электронных схемах, особенно аналоговых схемах, где они обеспечивают увеличение уровня сигнала.

Концепции конструкции усилителя Включает:
Основные концепции Классы усилителя

Усилитель – это термин, который используется для описания схемы, которая увеличивает уровень входящего в нее сигнала.

Усилители

используются в самых разных областях, от аудиоприложений до радиочастот.

Однако для всех усилителей, будь то усилители постоянного тока, аудио, радиочастоты, слабого сигнала, большого сигнала или для любого другого применения, есть много общих соображений.

Электронные усилители можно классифицировать по-разному. Они могут иметь высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс, могут иметь множество различных режимов смещения и рабочих режимов. Высокая мощность, низкий уровень шума, класс A, класс B, класс C и т. Д. Каждый тип выбирается для разных приложений.

Обозначение схемы усилителя

Обычный символ усилителя – это треугольник, который на общих блок-схемах часто включается в квадрат, как показано ниже.

Часто символ усилителя, особенно когда он используется в самой цепи, изображается в виде треугольника, как показано ниже.

Этот второй символ обычно используется для обозначения операционного усилителя или операционного усилителя в схеме.

Основы конструкции усилителя

Усилитель может быть изготовлен разными способами. Они могут использовать биполярные транзисторы, полевые транзисторы и даже термоэлектронные лампы / вакуумные лампы. Усилители могут быть включены в какой-либо блок схем или интегральную схему.Они могут быть даже в виде операционных усилителей, операционных усилителей.

Усилитель можно рассматривать как блок с двумя входными клеммами и двумя выходными клеммами. Поскольку заземление обычно является общим для входа и выхода, часто бывает только три клеммы: вход, выход и общий.

Усиление, входное и выходное сопротивление усилителя
Примечание. Хотя «холодные» концы входа и выхода обычно заземлены, они показаны здесь отдельно, поскольку это общая диаграмма.

Усилитель имеет три основных свойства:

Входное сопротивление – R _in: Входное сопротивление – это сопротивление, которое видит источник сигнала, когда он подается на вход усилителя.Входное сопротивление станет нагрузкой для источника. Случай, когда нагрузка является чисто резистивной, является особым случаем, и, как правило, это будет импеданс. Однако для целей этого объяснения он будет считаться резистивным.
Входное сопротивление можно легко определить, измерив входной ток и напряжение и используя закон Ома для определения сопротивления.
Выходное сопротивление – R _out Выходное сопротивление – это сопротивление, которое можно считать находящимся внутри усилителя, как показано ниже.Он сформирует потенциальную сеть делителя с любой нагрузкой, приложенной к усилителю. Опять же, выход будет иметь ориентировочные и емкостные элементы, что означает, что это будет импеданс, но для большинства низкочастотных приложений и для этого объяснения его можно рассматривать как резистивный.
Выходное сопротивление можно определить путем измерения выходного напряжения в режиме холостого хода, а затем в состоянии нагрузки, то есть с приложенной нагрузкой. Зная напряжение холостого хода, сопротивление нагрузки и падение напряжения на внутреннем сопротивлении под нагрузкой, можно определить выходное сопротивление источника.
Gain: Коэффициент усиления усилителя, очевидно, является ключевым элементом его характеристик.
Коэффициент усиления усилителя по напряжению Обычно ключевым фактором, представляющим интерес, является коэффициент усиления по напряжению A _В. Это определяется как выходное напряжение, деленное на входное: Часто внутри усилителя форма волны может быть инвертирована, и это выражается в том факте, что коэффициент усиления отрицательный. Другими словами, если бы усилитель имел абсолютное значение коэффициента усиления 5, но он инвертировал сигнал, для входа 1 вольт выход был бы -5 вольт, а при вводе в уравнение это дало бы коэффициент усиления -5. .
Выходное напряжение усилителя инвертировано, т. Е. На 180 ° не совпадает фаза с входом. Также возможно иметь коэффициент усиления по току в цепи. Это особенно полезно, когда необходимо управлять нагрузкой с низким сопротивлением. Необходимо повышать уровень тока, часто сохраняя напряжение на том же уровне. Такие схемы, как повторители эмиттера биполярных транзисторов, повторители на полевых транзисторах, буферы операционных усилителей со 100% обратной связью, и для этого используются лампы / клапаны, схемы, которые подходят для этого, обычно являются катодными повторителями.При использовании схемы для обеспечения усиления по току часто необходимо убедиться, что схема имеет достаточную мощность возбуждения. Хотя схема может обеспечивать уровень усиления по току для низких уровней тока, в некоторых случаях они могут быть не в состоянии обеспечить высокие уровни тока, которые могут потребоваться в некоторых случаях. Используя очень очевидный пример, небольшой буфер операционного усилителя не сможет управлять большим громкоговорителем самостоятельно.

Коэффициент усиления и конструкция усилителя

Иногда бывает полезно определить коэффициент усиления по мощности, обеспечиваемый усилителем, при его тестировании или проектировании.Это часто представляет большой интерес для усилителей РЧ, особенно используемых в передатчиках.

Поскольку мощность – это напряжение, умноженное на ток в цепи, выигрыш в мощности может быть просто выражен как произведение двух.

Коэффициент усиления, Ap = Av × Ai

При указании коэффициента усиления по мощности усилителя его обычно выражают в децибелах:

Коэффициент усиления в дБ, ap = 10log (Ap)

Также можно использовать уровни напряжения и тока, чтобы получить усиление, выраженное в дБ, но необходимо учитывать любые изменения импеданса.

Примечание о децибелах:

Децибел, десятая часть бел, представляет собой логарифмический способ сравнения двух уровней мощности. Поскольку многие величины в электронике сильно различаются, этот логарифмический формат очень полезен.

Подробнее о децибел.

КПД усилителя

Одним из важнейших конструктивных параметров любого усилителя является его КПД. Это может быть особенно важно для оборудования с батарейным питанием, для которого важен срок службы батарей.

КПД усилителя – это, по сути, выходная мощность, деленная на входную. Обычно в качестве входной мощности принимается мощность постоянного тока, подаваемая на усилитель.

КПД также выражается в процентах. Таким образом, базовая эффективность усилителя, учитывающая только вход постоянного тока, может быть взята следующим образом:

КПД = Выходная мощность сигнала Вход постоянного тока 100%

Уровень эффективности усилителя будет зависеть от множества факторов, включая класс усилителя, насколько близко к направляющим распространяется выходной сигнал, потери в цепи и т. Д..

Классы усилителя

Ссылки на классы усилителей, включая Класс A, Класс B, Класс C, Класс AB и другие, часто можно увидеть при исследовании формы усилителя. При проектировании усилителя класс часто является одним из элементов, которые появляются в начале цикла проектирования.

Изменяя способ смещения усилителя, можно изменить способ его работы и повысить уровень эффективности, но часто за счет количества создаваемых искажений.

Некоторые из основных классов усилителей перечислены ниже:

Класс A: Для усилителя класса A он смещен так, что он проводит на протяжении всего цикла формы сигнала.Он обеспечивает линейный выход с наименьшими искажениями, но также и с наименьшим уровнем эффективности. Максимальный теоретический КПД составляет 50%, но этот уровень достигается редко, и уровни эффективности 20% или менее не являются неожиданными.
Класс B: Усилитель класса B смещен так, что он проводит более половины формы волны. Используя два усилителя, каждый из которых проводит половину сигнала, можно охватить весь сигнал. КПД намного выше, но усилитель класса B страдает от так называемых кроссоверных искажений, когда одна половина усилителя отключается, а другая начинает действовать.Это происходит из-за нелинейностей, возникающих вблизи точки выключения. Хотя максимальная теоретическая эффективность усилителя класса B составляет 78,5%, типичные уровни эффективности намного ниже.
Класс AB: Как и следовало ожидать, усилитель класса AB находится между классом A и классом B. Он пытается преодолеть перекрестные искажения путем небольшого включения транзисторов в их состоянии покоя, чтобы они проводили немного больше. чем на половину цикла, тем самым преодолевая кроссоверные искажения.
Класс C: Усилитель класса C смещен так, что проводит меньше половины цикла. Это приводит к очень высоким уровням искажений, но также позволяет достичь очень высоких уровней эффективности. Этот тип усилителя может использоваться для РЧ-усилителей, которые передают сигнал без амплитудной модуляции – его можно без проблем использовать для частотной модуляции. Гармоники, создаваемые усилителем, эффективно работающим в режиме насыщения, могут быть удалены фильтрами на выходе.Эти усилители не используются для аудио приложений из-за уровня искажений.

Существуют и другие классы усилителей, но в них используются несколько иные методы.

Усилители

– одна из наиболее широко используемых схем – они используются для аудио, постоянного тока, радиочастоты и очень многих других приложений. Это одни из самых распространенных аналоговых схем. Существует огромное количество разнообразных схем, независимо от того, используются ли они с операционными усилителями, биполярными транзисторами, полевыми транзисторами даже со старыми электронными лампами / термоэлектронными лампами.

Какие бы устройства ни использовались в схеме, основные принципы одинаковы, и их можно применять независимо от типа используемого устройства.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . . Интернет-магазин усилителей

| Future Electronics

Дополнительная информация об усилителях…

Что такое усилитель?

Усилитель используется для увеличения мощности сигнала. Это достигается за счет использования энергии от источника питания и управления выходом, чтобы он соответствовал форме входного сигнала, но с большей амплитудой. Усилители можно указать в соответствии с их входными и выходными свойствами. Усилители имеют коэффициент усиления, который связывает величину выходного сигнала с входным сигналом. В аналоговых усилителях коэффициент усиления указывается в децибелах (дБ), а ширина полосы усиления – в герцах.

Типы усилителей

В Future Electronics существует несколько различных типов усилителей. У нас есть многие из наиболее распространенных типов, которые классифицируются по нескольким параметрам, включая усиление, номинальную полосу усиления, выходную мощность, максимальное напряжение питания, количество каналов, номинальную скорость нарастания, максимальное входное напряжение смещения и тип упаковки. Наши параметрические фильтры позволят вам уточнить результаты поиска в соответствии с необходимыми спецификациями.

Усилители от Future Electronics

Future Electronics предлагает широкий спектр программируемых усилителей от нескольких производителей.После того, как вы решите, нужен ли вам звук, дифференциальный выход, высокая скорость, низкий уровень шума, рабочий / общий, программируемое усиление, переменное усиление или видеоусилитель, вы сможете выбрать из их технических характеристик, и результаты поиска будут сужены до соответствовать потребностям вашего конкретного усилителя.

Мы работаем с несколькими производителями, такими как Maxim, Microchip, New Japan Radio, ON Semiconductor, NXP, STMicroelectronics, ROHM Semiconductor. Вы можете легко уточнить результаты поиска по усилителям, выбрав предпочитаемую марку усилителя из списка производителей ниже.

Приложения для усилителей:

Применения для усилителей звука включают домашние аудиосистемы, концертные и театральные системы звукоусиления и системы оповещения.

Видеоусилители могут использоваться для улучшения качества и разрешения телевизоров, видеорегистраторов, компьютерных мониторов, телевизионных приставок и видеосигналов с камер видеонаблюдения. Их также можно использовать для улучшения качества видео на экранах автомобилей и смартфонов. Кроме того, видеоусилители используются в видеокоммутаторах и маршрутизаторах, а также в качестве импульсных усилителей в системах связи.

Усилители с переменным усилением полезны для подавления сигналов, демонстрирующих широкий динамический диапазон. Хорошим примером могут служить приемники мобильных телефонов.

Операционные усилители очень широко используются в электронных устройствах и могут быть найдены у нескольких потребителей, в промышленных и научных приложениях и широко используются в качестве строительных блоков для проектирования схем.

Распространенными приложениями усилителей с программируемым усилением являются управление двигателем, преобразование сигналов и датчиков, а также устройства считывания штрих-кода и цифровые камеры.

Малошумящие усилители используются в различных приложениях, таких как радиостанции ISM, сотовые телефоны и телефоны PCS, беспроводные локальные сети, беспроводная передача данных, приемники GPS, беспроводные телефоны и автомобильные устройства удаленного доступа без ключа.

Высокоскоростные усилители используются в нескольких приложениях, включая системы с батарейным питанием и высокоскоростные системы, оборудование для связи и тестирования видео, портативные медицинские приборы, а также приложения для радаров и гидролокаторов.

Дифференциальные усилители можно найти во многих схемах, использующих последовательную отрицательную обратную связь.Распространенным применением является управление сервоприводами или двигателем, а также приложения для усиления сигнала.

Выбор подходящего усилителя:

С помощью параметрического поиска FutureElectronics.com при поиске подходящих усилителей вы можете фильтровать результаты по категориям. Мы предлагаем усилители следующих категорий:

Усилители звука
Усилители дифференциального выхода
Высокоскоростные усилители
Малошумящие усилители
Рабочие / универсальные усилители
Усилители с программируемым усилением
Усилители с регулируемым усилением

После того, как вы выбрали категорию усилителя, вы можете сузить их по различным атрибутам: по усилению, выходной мощности, номинальной ширине полосы усиления, максимальному напряжению питания, номинальной скорости нарастания и количеству каналов, и это лишь некоторые из них.Используя эти фильтры, вы сможете найти подходящий дифференциальный выход, аудио, высокоскоростной, рабочий / общего назначения, переменное усиление, программируемое усиление, малошумящий или видеоусилитель.

Усилители в готовой к производству упаковке или в количестве для НИОКР

Если количество видеоусилителей, которые вам требуются, меньше, чем целая катушка, мы предлагаем покупателям многие из наших видеоусилителей в ламповых, лотковых или отдельных количествах, которые помогут вам Избегайте ненужных излишков.

Если количество усилителей, которые вам требуются, меньше, чем полная катушка, мы предлагаем нашим клиентам несколько наших усилителей в лотках, лампах или отдельных количествах, которые помогут вам избежать ненужных излишков. Future Electronics также предлагает своим клиентам уникальную программу складских запасов, предназначенную для устранения потенциальных проблем, которые могут возникнуть из-за непредсказуемых поставок продуктов, которые могут содержать необработанные металлы, и продуктов с неустойчивым или длительным сроком поставки. Поговорите с ближайшим отделением Future Electronics и узнайте больше о том, как вы и ваша компания можете избежать возможного дефицита.

Сверхгибкий органический дифференциальный усилитель для записи электрокардиограмм

Xu, S. et al. Мягкие микрофлюидные сборки датчиков, схем и радиоприемников для кожи. Наука 344 , 70–74 (2014).

Артикул Google Scholar

Gao, W. et al. Полностью интегрированные наборы переносных датчиков для комплексного анализа потоотделения на месте. Природа 529 , 509–514 (2016).

Артикул Google Scholar

Imani, S. et al. Носимая химико-электрофизиологическая гибридная биосенсорная система для мониторинга здоровья и физической формы в реальном времени. Nat. Commun. 7 , 11650 (2016).

Артикул Google Scholar

Jang, K.-I. и другие. Самостоятельно собранные трехмерные сетевые конструкции для мягкой электроники. Nat.Commun. 8 , 15894 (2017).

Артикул Google Scholar

Khodagholy, D. et al. Запись активности мозга in vivo с использованием органических транзисторов. Nat. Commun. 4 , 1575 (2013).

Артикул Google Scholar

Kang, S. K. et al. Биорезорбируемые кремниевые электронные датчики для мозга. Природа 530 , 71–76 (2016).

Артикул Google Scholar

Lu, L. et al. Беспроводные оптоэлектронные фотометры для мониторинга нейрональной динамики в глубоких слоях мозга. Proc. Natl Acad. Sci. США 115 , E1374 – E1383 (2018).

Артикул Google Scholar

Kim, J. et al. Эластичная электроника из кремниевых нанолент для кожных протезов. Nat. Commun. 5 , 5747 (2014).

Артикул Google Scholar

Lim, S. et al. Прозрачный и растягиваемый интерактивный человеко-машинный интерфейс на основе узорчатых графеновых гетероструктур. Adv. Funct. Матер. 25 , 375–383 (2015).

Артикул Google Scholar

10.

Yeo, W. H. et al. Многофункциональная эпидермальная электроника, напечатанная прямо на коже. Adv.Матер. 25 , 2773–2778 (2013).

Артикул Google Scholar

11.

Wang, X., Gu, Y., Xiong, Z., Cui, Z. & Zhang, T. Гибкая, сверхчувствительная и высокостабильная электронная кожа, изготовленная из шелка, для мониторинга физиологических сигналов человека. Adv. Матер. 26 , 1336–1342 (2013).

Артикул Google Scholar

12.

Миямото, А.и другие. Невоспламеняющаяся, газопроницаемая, легкая, растяжимая электроника на коже с нанометрами. Nat. Nanotechnol. 12 , 907–913 (2017).

Артикул Google Scholar

13.

Koo, J. H. et al. Переносной монитор электрокардиограммы с использованием электроники на углеродных нанотрубках и органических светодиодов с настраиваемой цветовой настройкой. АСУ Нано 11 , 10032–10041 (2017).

Артикул Google Scholar

14.

Mannsfeld, S.C.B. et al. Высокочувствительные гибкие датчики давления с микроструктурированными резиновыми диэлектрическими слоями. Nat. Матер. 9 , 859–864 (2010).

Артикул Google Scholar

15.

Lipomi, D. J. et al. Кожеподобные датчики давления и деформации на основе прозрачных эластичных пленок углеродных нанотрубок. Nat. Nanotechnol. 6 , 788–792 (2011).

Артикул Google Scholar

16.

Pang, C. et al. Гибкий и высокочувствительный тензометрический датчик с реверсивной блокировкой нановолокон. Nat. Матер. 11 , 795–801 (2012).

Артикул Google Scholar

17.

Schwartz, G. et al. Гибкие полимерные транзисторы с высокой чувствительностью к давлению для применения в электронном мониторинге кожи и здоровья. Nat. Commun. 4 , 1859 (2013).

Артикул Google Scholar

18.

Gong, S. et al. Переносной и высокочувствительный датчик давления с ультратонкими золотыми нанопроводами. Nat. Commun. 5 , 3132 (2014).

Артикул Google Scholar

19.

Hua, Q. et al. Легко растягивающиеся и удобные матричные сети, напоминающие кожу, для многофункционального зондирования. Nat. Commun. 9 , 244 (2018).

Артикул Google Scholar

20.

Лохнер, К. М., Хан, Ю., Пьер, А., Ариас, А. С. Полностью органический оптоэлектронный датчик для пульсовой оксиметрии. Nat. Commun. 5 , 5745 (2014).

Артикул Google Scholar

21.

Yokota, T. et al. Сверхгибкая органическая фотонная кожа. Sci. Adv. 2 , e1501856 (2016).

Артикул Google Scholar

22.

Бандодкар, А.J. et al. Потенциометрические ионоселективные датчики на основе татуировок для мониторинга pH эпидермиса. Аналитик 138 , 123–128 (2013).

Артикул Google Scholar

23.

Языджиоглу Р. Ф., Меркен П., Пуэрс Р. и Хоф, гл. V. Интерфейс считывания 60 мкВт 60 нВ / √Гц для портативной системы сбора биопотенциала. IEEE J. Твердотельные схемы 42 , 1100–1110 (2007).

Артикул Google Scholar

24.

Yazicioglu, R.F. et al. ASIC аналогового сигнального процессора мощностью 30 мкВт для портативного мониторинга биопотенциального сигнала. IEEE J. Твердотельные схемы 46 , 209–223 (2011).

Артикул Google Scholar

25.

Клаук, Х., Зшишанг, У., Пфлаум, Дж. И Халик, М. Органические дополнительные цепи сверхмалой мощности. Природа 445 , 745–748 (2007).

Артикул Google Scholar

26.

Гелинк, Г., Херманс, П., Номото, К. и Антопулос, Т. Д. Органические транзисторы в оптических дисплеях и приложениях микроэлектроники. Adv. Матер. 22 , 3778–3798 (2010).

Артикул Google Scholar

27.

Kaltenbrunner, M. et al. Сверхлегкая конструкция для незаметной пластиковой электроники. Природа 499 , 458–463 (2013).

Артикул Google Scholar

28.

Sirringhaus, H. Органические полевые транзисторы – путь за пределы аморфного кремния. Adv. Матер. 26 , 1319–1335 (2014).

Артикул Google Scholar

29.

Wang, S. et al. Электроника кожи от масштабируемого изготовления растягиваемой матрицы транзисторов. Природа 555 , 83–88 (2018).

Артикул Google Scholar

30.

Fukuda, K. et al. Полностью напечатанные высокоэффективные органические тонкопленочные транзисторы и схемы на полимерных пленках толщиной один микрон. Nat. Commun. 5 , 4147 (2014).

Артикул Google Scholar

31.

Sekitani, T. et al. Сверхгибкий органический усилитель с биосовместимыми гелевыми электродами. Nat. Commun. 7 , 11425 (2016).

Артикул Google Scholar

32.

Guerin, M. et al. Полностью напечатанные органические дополнительные схемы с высоким коэффициентом усиления на гибкой пластиковой пленке. IEEE Trans. Электронные устройства 58 , 3587–3593 (2011).

Артикул Google Scholar

33.

Мариен, Х., Стеяерт, М., Венендал, В. Э. и Хереманс, П. Аналоговые методы для надежного проектирования органических схем на фольге, применяемые к одноступенчатому дифференциальному усилителю 18 дБ. Org. Электрон. 11 , 1357–1362 (2010).

Артикул Google Scholar

34.

Мариен, Х., Стейаерт, М.С. Дж., Венендал, В. Э. и Хереманс, П. Полностью интегрированный ΔΣ АЦП в технологии органических тонкопленочных транзисторов на гибкой пластиковой пленке. IEEE J. Твердотельные схемы 46 , 276–284 (2011).

Артикул Google Scholar

35.

Maiellaro, G. et al. Операционные усилители крутизны с высоким коэффициентом усиления в технологии комплементарной печати на органических тонкопленочных транзисторах на гибкой фольге. IEEE Trans. Circuits Syst. 60 , 3117–3125 (2013).

Артикул Google Scholar

36.

Chang, J., Zhang, X., Ge, T. & Zhou, J. Полностью печатная электроника на гибкой подложке: усилители с высоким коэффициентом усиления и ЦАП. Org. Электрон. 15 , 701–710 (2014).

Артикул Google Scholar

37.

Pecunia, V. et al.Лечение ловушек для высокопроизводительных низковольтных полимерных транзисторов и аналоговых усилителей на основе растворов на фольге. Adv. Матер. 29 , 1606938 (2017).

Артикул Google Scholar

38.

Fuketa, H. et al. Сверхгибкий измерительный лист для поверхностной электромиограммы с высокой плотностью электродов толщиной 1 мкм с органическими транзисторами 2 В для управления протезами руки. IEEE Trans. Биомед. Circuits Syst. 8 , 824–833 (2014).

Артикул Google Scholar

39.

Kondo, M. et al. Сверхгибкий и ультратонкий полимерный изолятор затвора для схем на органических транзисторах 2 В. Заявл. Phys. Экспресс 9 , 061602 (2016).

Артикул Google Scholar

Как работают усилители | HowStuffWorks

В основе большинства усилителей лежит транзистор .Основными элементами транзистора являются полупроводники, материалы с различной способностью проводить электрический ток. Обычно полупроводник состоит из плохого проводника, такого как кремний , в который добавлено примесей (атомов другого материала). Процесс добавления примесей называется легирование .

В чистом кремнии все атомы кремния идеально связаны со своими соседями, не оставляя свободных электронов для проведения электрического тока. В легированном кремнии дополнительные атомы изменяют баланс, либо добавляя свободные электроны, либо создавая дырок , куда могут уходить электроны.Электрический заряд перемещается, когда электроны перемещаются от отверстия к отверстию, поэтому любое из этих добавлений сделает материал более проводящим. (Полное объяснение см. В разделе «Как работают полупроводники».)

Полупроводники N-типа характеризуются дополнительными электронами (которые имеют отрицательный заряд). Полупроводники типа P имеют множество дополнительных дырок (которые имеют положительный заряд).

Давайте посмотрим на усилитель, построенный на базовом биполярном транзисторе .Этот тип транзистора состоит из трех полупроводниковых слоев – в данном случае полупроводник p-типа, зажатый между двумя полупроводниками n-типа . Эту структуру лучше всего представить в виде полосы, как показано на схеме ниже (реальная конструкция современных транзисторов немного отличается).

Первый слой n-типа называется эмиттером , слой p-типа называется базой , а второй слой n-типа называется коллектором .Выходная цепь (схема, которая управляет динамиком) подключена к электродам на эмиттере и коллекторе транзистора. Входная цепь подключается к эмиттеру и базе.

Свободные электроны в слоях n-типа естественно хотят заполнить дыры в слое p-типа. Свободных электронов намного больше, чем дырок, поэтому дырки заполняются очень быстро. Это создает зон истощения на границах между материалом n-типа и материалом p-типа. В зоне истощения полупроводниковый материал возвращается в свое исходное изолирующее состояние – все дырки заполнены, поэтому нет свободных электронов или пустых пространств для электронов, и заряд не может течь.Когда зоны обеднения толстые, очень небольшой заряд может перемещаться от эмиттера к коллектору, даже если между двумя электродами существует большая разница напряжений.

В следующем разделе мы увидим, что можно сделать, чтобы изменить эту ситуацию.

Усилитель | Encyclopedia.com

Усилители и энергия

КПД

Каскадные усилители

Дискретные и интегральные усилители

Ресурсы

Усилитель – это устройство, обычно электронное, которое принимает сигнал на его входе и производит более мощный (усиленный ) версия этого сигнала на его выходе.Усилители обычно бывают электронными, но могут использовать гидравлические или магнитные принципы.

Усилители обычно используются, когда мощность электрического сигнала по какой-либо причине должна быть увеличена. Аудиоусилители могут увеличить мощность микроватт, создаваемую микрофоном, до более миллиона ватт, необходимых для заполнения стадиона во время концерта. Спутники используют усилители для усиления радиосигналов, чтобы их можно было легко принимать при возврате на Землю.

Создание междугородных телефонных сетей стало возможным, когда усилители увеличили мощность, рассеиваемую сопротивлением телефонных проводов, проходящих по пересеченной местности.Усилители также были необходимы для восстановления утраченного объема. Для подводных телефонных кабелей требуются усилители под водой. Для обслуживания абонентов систем кабельного телевидения требуется до 100 сложных широкополосных усилителей.

Точно так же, как кран не является источником воды, которую он распределяет, усилитель не создает энергию, которую он распределяет. Усилитель получает энергию от устройства, называемого источником питания, которое потребляет электрическую энергию из обычного источника, такого как электростанция или солнечная батарея, и по существу использует эту энергию для создания более мощной копии входного сигнала.

Например, аккумулятор, установленный в портативном кассетном плеере, снабжает его всей энергией, которая в конечном итоге будет создавать звуки в течение срока службы этой батареи. Усилители в магнитофоне позволяют программе на компакт-диске, кассете или радиосигнале распределять энергию батареи с контролируемой скоростью по мере необходимости для получения желаемых звуков.

Ни один усилитель не может быть эффективен на 100%. Все усилители тратят часть энергии, подаваемой на них, и вносят искажения в обрабатываемые ими сигналы.

Чтобы обработать чрезвычайно слабый сигнал, усилитель должен иметь возможность увеличивать мощность данных в

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Электронная трубка – Активное устройство, основанное на управлении электронами электрическими полями.

Обратная связь – Сигнал, поступающий с выхода обратно на вход усилителя.

Усиление – Измерение увеличения напряжения, мощности или тока.

Громкоговоритель – Устройство, преобразующее электрические сигналы в звуковые.

Микроватт – Одна миллионная ватта.

Резистор— Компонент электрической цепи, препятствующий прохождению тока.

миллионов. Для этого каскады усилителя часто подключаются последовательно, чтобы увеличить их коэффициент усиления. Каждая ступень в цепочке обеспечивает сигнал для следующей ступени, расположение, называемое каскадом. Общее усиление каскада равно произведению усилений отдельных каскадов. Если каждый из трех усилителей в каскаде имеет коэффициент усиления по напряжению 100, общий коэффициент усиления по напряжению будет равен одному миллиону.Сигнал 10 микровольт, обрабатываемый этим каскадом, увеличивается до сигнала 10 вольт.

Электронные усилители, в которых используются отдельные транзисторы, резисторы и конденсаторы, подключенные один за другим, называются дискретными усилителями. Дискретные усилители были почти вытеснены интегральными схемами (ИС) для приложений слабого сигнала. На монокристаллическом кристалле ИС содержится огромное количество транзисторов и множество вспомогательных компонентов. Печатные платы теперь используют всего несколько инкапсулированных микросхем вместо сотен отдельных компонентов, которые когда-то требовались.Инженеру или технику обычно не нужно знать внутреннюю схему ИС, что еще больше упрощает их использование.

См. Также Электроника.

КНИГИ

Вольфганг, Ларри Д. Понимание базовой электроники (Публикация № 159 Библиотеки радиолюбителей) . Newington, CT: American Radio Relay League, 2006.

Дональд Бити

Как использовать усилитель и его примечания

Тип и характеристики усилителя

Если вы выполните поиск по запросу “усилитель” в Интернете, вы получите результаты для многих веб-сайтов, посвященных усилителю мощности звука.Но сам «усилитель» предназначен не только для аудио. Устройство, которое что-то усиливает, называется усилителем. Конечно, в электрической цепи, включая усилитель мощности звука, различные сигналы передаются как электрические сигналы. Итак, усилитель предназначен для усиления сигнала, протекающего в электрической цепи, и усиливает входной ток или напряжение. Он усиливает выходной электрический сигнал от различных датчиков и упрощает аналого-цифровое преобразование.

Усилитель является представителем аналоговых схем, и он настолько центральный, что ничего не будет, если усилители удалены из аналоговых схем.Кроме того, поскольку усилитель может подавать любой электрический ток и напряжение (или электрическую мощность), его также можно использовать в качестве имитатора источника питания. По сути, блок питания – это тоже своего рода усилитель. Источники питания постоянного тока также называют униполярными (источниками питания), поскольку они могут подавать только положительный заряд.

Мы называем двухквадрантный биполярный источник питания, который может питать источники тока с положительным и отрицательным зарядом, и четырехквадрантный биполярный источник питания, который может также обеспечивать сток тока.Мы подробно познакомимся с четырехквадрантным биполярным источником питания в последней главе.

Существует два основных типа усилителей, называемых «линейный усилитель» и «цифровой усилитель».
«Линейный усилитель» имеет частотную область, в которой выходной сигнал линейно усиливается по отношению к входному сигналу, и область, где он является нелинейным из-за характеристик усилительных элементов, таких как транзисторы и полевые транзисторы, составляющие электрическую цепь. В частности, выходной сигнал становится нелинейным в области, близкой к нулю, операция включения / выключения входного сигнала для элемента вызывает искажение формы выходного сигнала.Следовательно, становится важным, в каком регионе используется входной сигнал, и он делится на три категории: класс A, класс B и класс AB (включая класс AB1 и класс AB2).

Усилители класса A

В этом усилителе используется только линейно усиленная область элемента. Следовательно, хотя линейность высока, необходимо подавать ток смещения (или напряжение), даже когда входной сигнал близок к нулю, что является невыгодным, так как эффективность снижается, а тепловыделение велико.То есть, чтобы гарантировать правильность выходного сигнала, он всегда поддерживает постоянный ток смещения, даже если входной сигнал равен нулю.

Усилители класса B

Этот усилитель использует как нелинейно, так и линейно усиленную область элемента как таковую. Следовательно, когда входной сигнал близок к нулю, выходной сигнал также равен нулю и возникают искажения. Вместо этого нет необходимости в токе смещения, как в усилителях класса A, и повышается эффективность.

Усилители класса AB

Это усилитель с хорошей репутацией между классами A и B.Искажения устраняются добавлением тока смещения к усилителю класса B.

Другой усилитель – это «цифровой усилитель», также называемый коммутирующим усилителем класса D. Это более эффективно и меньше линейных усилителей за счет использования такой техники переключения, как ШИМ. Он в основном используется для компактных усилителей мощности звука, например, в автомобилях. Хотя полевые МОП-транзисторы и IGBT используются в качестве переключающих устройств, существует также проблема, заключающаяся в узкой полосе частот соответствующего входного сигнала.

Условия, необходимые для стабильной работы усилителя

Итак, мы объяснили тип и характеристики усилителя. Здесь мы расскажем, о каких вещах следует быть осторожными при разработке и реализации усилителя.

Диапазон частот

Для стабилизации выходных значений электрического тока и напряжения необходимо понимать факторы, которые их препятствуют. Первый фактор – это полоса частот.Полоса частот соответствует рабочей скорости усилителя. На высоких частотах усилитель не успевает за входным сигналом, и амплитуда сигнала уменьшается. На рисунке показана частота до тех пор, пока амплитуда не достигнет -3 дБ в полосе частот.

Например, когда полоса частот усилителя с номинальным напряжением 120 В составляет 20 кГц, даже если он пытается выдать синусоидальную волну ± 20 В на частоте 20 кГц, выходная амплитуда становится 70% при -3 дБ, поэтому она становится ± Синусоидальная волна 14 В.Поэтому необходимо подбирать усилитель с полосой частот с запасом на ту частоту, которую вы хотите использовать. Время нарастания и спада зависит от полосы частот. Обычно время нарастания скорости отклика (= частотная полоса) fc (Гц) усилителя может быть получено как tr 0,35 / fc.

Скорость нарастания

Второй фактор – это скорость нарастания, которая представляет скорость отклика усилителя. Это показывает максимальную скорость нарастания напряжения усилителя. Обычно это выражается количеством изменения напряжения в микросекунду.Скорость отклика усилителя может быть ограничена полосой частот или этой скоростью нарастания. Когда переходная характеристика ограничена скоростью нарастания, нарастающий сигнал становится прямым, как показано на рисунке.

корпус ограничен скоростью нарастания

случай ограничен полосой частот

Индуктивная нагрузка

До сих пор это было связано со скоростью, но теперь мы познакомимся с вещами, связанными с загрузкой. Первый фактор – индуктивная нагрузка.
В случае индуктивной нагрузки соотношение напряжение-ток составляет V = L, умноженное на di / dt, по отношению к значению индуктивности L, и напряжение, генерируемое при попытке работать на высокой скорости при управлении постоянным током (CC), вызывает проблемы. .

Например, при попытке вывода прямоугольной волны с высокой скоростью нарастания желаемая форма волны может не быть получена, поскольку напряжение ограничено защитой от перенапряжения. В таком случае необходимо замедлить рост входного сигнала и выбрать модель, которая поддерживает генерируемое напряжение.

Кроме того, использование ступенчатого сигнала, такого как цифровое управление для входного сигнала, также будет генерировать множество импульсов напряжения. Поскольку эти импульсы могут создавать проблемы, рекомендуется как можно чаще использовать входной сигнал с непрерывной формой волны.

С другой стороны, защита от перенапряжения также ограничивает выходной сигнал. Однако, если выходной сигнал внезапно отключается, защита не срабатывает, и индуктивная нагрузка может генерировать большое напряжение.

Грузоподъемность

Второй фактор – это грузоподъемность. Для емкостной нагрузки соотношение напряжение-ток I = C, умноженное на dV / dt для емкости C. В отличие от индуктивной нагрузки, требуется большой ток при попытке работать на высокой скорости при управлении постоянным напряжением (CV).При работе с большой емкостью перед использованием изучите нагрузочные характеристики и выходные характеристики источника питания.

Диодная нагрузка

Третий фактор – диодная нагрузка. При управлении постоянным током (CC), даже если регулировка тока равна нулю при отсутствии нагрузки, выходное напряжение повышается до положительного или отрицательного уровня защиты от перенапряжения под влиянием небольшого смещения. Это означает, что диод или другая нагрузка, которая допускает только прямой ток, может выводить сигнал о чрезмерном напряжении в обратном направлении, даже когда контроль тока равен нулю.Если это превышает выдерживаемое напряжение нагрузки, это может вызвать отказ, поэтому необходимо принять такие меры, как установка защитного диода в обратном направлении.

Емкость и индуктивность кабеля

Последний фактор – кабель. При работе усилителя на высокой скорости нельзя игнорировать влияние емкости и индуктивности кабеля на выходной сигнал. В высоковольтных усилителях кабель имеет емкость между выходным проводом и экраном, поэтому емкость влияет на скорость нарастания формы волны напряжения.Чем длиннее кабель, тем больше пропускная способность. Это причина того, что любители музыки используют кабель с низким электрическим сопротивлением и создают систему, минимизирующую длину кабеля.

Кроме того, в модели с низким напряжением и высоким током индуктивность кабеля и индуктивность, создаваемая методом подключения, сильно влияют на скорость нарастания формы волны тока. Это можно до некоторой степени уменьшить, сделав токовую петлю меньше, например, скручивая проводку.

Четырехквадрантный биполярный источник питания

Наконец, давайте представим четырехквадрантный биполярный источник питания, представляющий собой высокопроизводительный усилитель, как эволюцию усилителя.Усилитель в основном имеет сток выходного тока. В результате работа с постоянным напряжением возможна даже при емкостной нагрузке, индуктивной нагрузке и их комбинированной нагрузке. Более того, поскольку он быстро реагирует, можно сказать, что это идеальный источник питания. Обычный источник питания может выводить электрический ток только в одном направлении. Но четырехквадрантный биполярный источник питания может выдавать напряжение как в положительном, так и в отрицательном направлении.

Кроме того, он имеет функцию стока и источника тока.При подаче переменного тока на индуктивную нагрузку или емкостную нагрузку одно и то же напряжение может иметь положительные и отрицательные токи. Для управления такой нагрузкой требуется четырехквадрантный биполярный источник питания.

При управлении постоянным напряжением (CV) – выходное напряжение четырехквадрантного биполярного источника питания, соответствующее входному сигналу. В это время выходной ток может свободно принимать значение, если оно находится в пределах номинального значения. Точно так же при управлении постоянным током (CC) он выдает ток в соответствии с входным сигналом.В это время, если выходное напряжение находится в пределах номинала, оно может быть положительным или отрицательным свободным значением.

Однако, поскольку защита выхода выполняется за счет защиты от перенапряжения и защиты от перегрузки по току, желаемая форма сигнала не может быть получена. Желательно работать так, чтобы и напряжение, и ток были в пределах номинальных значений, и для стабильного использования источника питания важно понимать характеристики нагрузки.

Соответствующие технические знания

Усилитель

– New World Encyclopedia

В общем, усилитель (или просто amp ) – это устройство, которое изменяет, обычно увеличивает амплитуду сигнала.«Сигнал» обычно имеет форму напряжения или тока. В популярном использовании этот термин сегодня обычно относится к электронному усилителю, часто для аудио приложений. Отношение входа к выходу усилителя – обычно выражаемое как функция входной частоты – называется «передаточной функцией» усилителя, а величина передаточной функции называется усилением , .

Родственное устройство, которое подчеркивает преобразование сигналов одного типа в другой (например, преобразование светового сигнала в фотонах в сигнал постоянного тока в амперах), называется преобразователем или датчиком .Однако преобразователь не усиливает мощность.

Параметры

Качество усилителя можно охарактеризовать рядом параметров, указанных ниже.

Полоса пропускания

Полоса пропускания (BW) усилителя – это диапазон частот, для которого усилитель дает «удовлетворительные характеристики». «Удовлетворительная производительность» может быть разной для разных приложений. Однако общепринятой и общепринятой метрикой являются точки половинной мощности (то есть частота, при которой мощность снижается на половину своего пикового значения) зависимости мощности отчастотная кривая. Следовательно, полосу пропускания можно определить как разницу между точками нижней и верхней половин мощности. Поэтому это также известно как ширина полосы по уровню –3 дБ. Иногда указываются значения ширины полосы для других допусков отклика (-1 дБ, -6 дБ и т. Д.).

Полнодиапазонный аудиоусилитель будет практически плоским в диапазоне от 20 Гц до примерно 20 кГц (диапазон нормального человеческого слуха). В минималистской конструкции усилителя полезная частотная характеристика усилителя должна значительно выходить за пределы этого диапазона (одна или несколько октав либо сторона) и, как правило, хороший минималистский усилитель будет иметь точки -3 дБ <10 и> 65 кГц.Профессиональные туристические усилители часто имеют входную и / или выходную фильтрацию для резкого ограничения частотной характеристики за пределами 20 Гц-20 кГц; в противном случае слишком большая часть потенциальной выходной мощности усилителя была бы потрачена на инфразвуковые и ультразвуковые частоты, и опасность радиопомех AM увеличилась. Современные переключающие усилители нуждаются в крутой фильтрации нижних частот на выходе, чтобы избавиться от высокочастотных коммутационных шумов и гармоник.

КПД

КПД – это мера того, какая часть входной мощности используется на выходе усилителя.Усилители класса A очень неэффективны, в диапазоне 10–20 процентов с максимальной эффективностью 25 процентов. Усилители класса B имеют очень высокий КПД, но непрактичны из-за высокого уровня искажений (см .: Кроссоверные искажения). В практическом дизайне результатом компромисса является дизайн класса AB. Современные усилители класса AB обычно имеют КПД от 35 до 55 процентов с теоретическим максимумом 78,5 процента. Коммерчески доступные коммутирующие усилители класса D показали КПД до 97 процентов.Усилители класса C-F обычно известны как усилители с очень высоким КПД. Эффективность усилителя ограничивает доступную общую выходную мощность. Обратите внимание, что более эффективные усилители работают намного холоднее и часто не нуждаются в охлаждающих вентиляторах даже в многокиловаттных конструкциях. Причина этого заключается в том, что потеря эффективности производит тепло как побочный продукт энергии, потерянной во время преобразования энергии. В более эффективных усилителях меньше потери энергии и, в свою очередь, меньше тепла.

Коэффициент усиления

Коэффициент усиления усилителя – это отношение выходной мощности к входной мощности или амплитуде, которое обычно измеряется в децибелах. (При измерении в децибелах это логарифмически связано с отношением мощностей: G (дБ) = 10 log ( P _из / P _в )).

Линейность

Идеальный усилитель был бы полностью линейным устройством, но реальные усилители являются линейными только в определенных практических пределах. Когда мощность сигнала на усилителе увеличивается, выходная мощность также увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута точка, когда какая-то часть усилителя станет насыщенной и не сможет производить больше выходной мощности; это называется клиппингом и приводит к искажению.

Некоторые усилители спроектированы так, чтобы справляться с этим управляемым способом, что приводит к уменьшению усиления вместо чрезмерных искажений; в результате получается эффект сжатия , который (если усилитель является аудиоусилителем) будет звучать гораздо менее неприятно для уха. Для этих усилителей точка сжатия 1 дБ определяется как входная мощность (или выходная мощность), где усиление на 1 дБ меньше, чем усиление слабого сигнала.

Линеаризация – это новая область, и существует множество методов, таких как прямая связь, предыскажение, постискажение, EER, LINC, CALLUM, декартова обратная связь и так далее, чтобы избежать нежелательных эффектов нелинейностей.

Шум

Это мера того, сколько шума вносится в процесс усиления. Шум – нежелательный, но неизбежный продукт электронных устройств и компонентов. Показателем шумовых характеристик схемы является коэффициент шума. Коэффициент шума – это отношение сигнала к шуму входного сигнала и выходного сигнала.

Выходной динамический диапазон

Выходной динамический диапазон – это диапазон, обычно указываемый в дБ, между наименьшим и наибольшим полезным выходным уровнем.Самый низкий полезный уровень ограничен выходным шумом, а самый высокий чаще всего ограничен искажениями. Отношение этих двух параметров обозначается как динамический диапазон усилителя. Точнее, если S = максимально допустимая мощность сигнала и N = мощность шума, динамический диапазон DR составляет DR = (S + N) / N . ^[1]

Overshoot

В ответ на ступенчатый вход перерегулирование – это величина, на которую выходной сигнал превышает свое окончательное установившееся значение.

Время нарастания

Время нарастания, t _r, усилителя – это время, необходимое для того, чтобы выходной сигнал изменился с 10 до 90 процентов от его конечного уровня при управлении ступенчатым входом. Для гауссовой системы отклика (или простого RC спада) время нарастания приблизительно равно:

t _r * BW = 0,35

где t _r – время нарастания в секунд, а BW – полоса пропускания в Гц.

Время установления и звонок

Время, необходимое для установления вывода в пределах определенного процента от окончательного значения (скажем, 0.1 процент). Обычно это требуется для вертикальных усилителей осциллографов и систем измерения высокой точности. Звонок относится к выходу, который циклически изменяется выше и ниже своего конечного значения, что приводит к задержке в достижении конечного значения, количественно определяемого временем установления, указанным выше.

Скорость нарастания

Скорость нарастания – это максимальная скорость изменения выходной переменной, обычно указываемая в вольтах в секунду (или микросекундах). Многие усилители в конечном итоге ограничены скоростью нарастания напряжения (обычно импедансом управляющего тока, который должен преодолевать емкостные эффекты в некоторой точке схемы), что может ограничивать полосу пропускания полной мощности частотами значительно ниже частотной характеристики слабого сигнала усилителя.

Фактор стабильности

Стабильность является основной проблемой для ВЧ- и СВЧ-усилителей. Степень стабильности усилителя может быть определена количественно с помощью так называемого фактора стабильности. Существует несколько различных факторов стабильности, таких как коэффициент стабильности Штерна и коэффициент устойчивости Линвила, которые определяют условие, которое должно выполняться для абсолютной стабильности усилителя с точки зрения его двухпортовых параметров.

Электронные усилители

Существует много типов электронных усилителей, обычно используемых в радио- и телевизионных передатчиках и приемниках, высококачественном стереофоническом оборудовании, микрокомпьютерах и другом электронном цифровом оборудовании, а также гитарах и других инструментах. усилители.К критическим компонентам относятся активные устройства, такие как электронные лампы или транзисторы. Далее следует краткое введение во многие типы электронных усилителей.

Усилитель мощности

Термин «усилитель мощности» – это относительный термин, относящийся к количеству мощности, подаваемой на нагрузку и / или поступающей от цепи питания. Обычно усилитель мощности обозначается как последний усилитель в цепи передачи (выходной каскад , ) и является каскадом усилителя, который обычно требует наибольшего внимания к энергоэффективности.Соображения эффективности приводят к различным классам усилителей мощности.

Вакуумные ламповые (вентильные) усилители

По словам Саймонса, в то время как полупроводниковые усилители в значительной степени вытеснили ламповые усилители для маломощных приложений, вентильные усилители намного более экономичны в приложениях с большой мощностью, таких как «радары, контрольно-измерительное оборудование или оборудование связи» (стр.56). Многие СВЧ-усилители представляют собой специально разработанные клапаны, такие как клистрон, гиротрон, лампа бегущей волны и усилитель со скрещенным полем, и эти СВЧ-лампы обеспечивают гораздо большую выходную мощность отдельного устройства на СВЧ-частотах, чем твердотельные устройства (стр.59). ^[2]

Транзисторные усилители

Основные статьи: транзистор, биполярный переходной транзистор, аудиоусилитель и полевой МОП-транзистор

Существенная роль этого активного элемента заключается в увеличении входного сигнала для получения значительно большего выхода сигнал. Величина увеличения («прямое усиление») определяется конструкцией внешней схемы, а также активным устройством.

Многие распространенные активные устройства в транзисторных усилителях – это биполярные переходные транзисторы (BJT) и металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET).

Применения многочисленны, некоторые из распространенных примеров – усилители звука в домашней стереосистеме или системе громкой связи, генерация высокочастотной мощности для полупроводникового оборудования, радиочастотных и микроволновых приложений, таких как радиопередатчики.

Усилитель на основе транзисторов может быть реализован в различных конфигурациях: например, с биполярным переходным транзистором мы можем реализовать усилитель с общей базой, общим коллектором или общим эмиттером; Используя полевой МОП-транзистор, мы можем реализовать усилитель с общим затвором, общим истоком или общим стоком.Каждая конфигурация имеет разные характеристики (усиление, импеданс…).

Операционные усилители (операционные усилители)

Операционный усилитель – это усилитель на твердотельной интегральной схеме, в котором используется внешняя обратная связь для управления передаточной функцией или коэффициентом усиления.

Полностью дифференциальные усилители (FDA)

Полностью дифференциальный усилитель – это усилитель на твердотельной интегральной схеме, в котором используется внешняя обратная связь для управления передаточной функцией или коэффициентом усиления. Он похож на операционный усилитель, но также имеет контакты дифференциального выхода.

Видеоусилители

Они работают с видеосигналами и имеют различную полосу пропускания в зависимости от того, предназначен ли видеосигнал для SDTV, EDTV, HDTV 720p или 1080i / p и т. Д. Сама спецификация полосы пропускания зависит от того, какой тип фильтра используется и в какой точке (например, -1 дБ или -3 дБ) измеряется полоса пропускания. Определенные требования к переходной характеристике и перерегулированию необходимы для представления приемлемого телевизионного изображения.

Вертикальные усилители осциллографов

Они используются для обработки видеосигналов для управления трубкой дисплея осциллографа и могут иметь полосу пропускания около 500 МГц.Спецификации ступенчатой характеристики, времени нарастания, перерегулирования и аберраций могут сделать конструкцию этих усилителей чрезвычайно сложной. Одним из пионеров в области широкополосных вертикальных усилителей была компания Tektronix.

Распределенные усилители

В них используются линии передачи для временного разделения сигнала и усиления каждой части отдельно для достижения более высокой полосы пропускания, чем можно получить от одного усилительного устройства. Выходы каждой ступени объединены в выходную линию передачи.Этот тип усилителя обычно использовался в осциллографах в качестве оконечного вертикального усилителя. Линии передачи часто размещались внутри стеклянной оболочки индикаторной трубки.

СВЧ-усилители

Усилители на лампах бегущей волны (ЛБВ)

Используются для усиления высокой мощности на низких микроволновых частотах. Обычно они могут усиливаться в широком спектре частот; однако они обычно не так настраиваются, как клистроны.

Клистроны

Очень похожи на усилители на ЛБВ, но более мощные и с определенной частотой “зоны наилучшего восприятия”.«Как правило, они также намного тяжелее, чем усилители на ЛБВ, и поэтому не подходят для легких мобильных приложений. Клистроны можно настраивать, обеспечивая выборочный выход в заданном частотном диапазоне.

Усилители музыкальных инструментов (аудио)

Усилитель звука обычно используется для усиления таких сигналов, как музыка или речь.

Другие типы усилителей

Угольный микрофон

Одним из первых устройств, используемых для усиления сигналов, был угольный микрофон (фактически, регулируемый звуком переменный резистор).Пропуская большой электрический ток через сжатые угольные гранулы в микрофоне, слабый звуковой сигнал может производить гораздо больший электрический сигнал. Угольный микрофон был чрезвычайно важен на раннем этапе развития телекоммуникаций; аналоговые телефоны фактически работают без использования каких-либо других усилителей. До изобретения электронных усилителей угольные микрофоны с механической связью также использовались в качестве усилителей в телефонных ретрансляторах для услуг дальней связи.

Магнитный усилитель

Магнитный усилитель представляет собой трансформаторное устройство, в котором для усиления используется насыщение магнитных материалов.Это неэлектронный электрический усилитель без движущихся частей. Полоса пропускания магнитных усилителей достигает сотен килогерц.

Усилитель вращающегося электрического оборудования

Блок управления Ward Leonard представляет собой вращающуюся машину, подобную электрическому генератору, которая обеспечивает усиление электрических сигналов путем преобразования механической энергии в электрическую. Изменения тока возбуждения генератора приводят к большим изменениям выходного тока генератора, обеспечивая усиление.Устройства этого класса использовались для плавного управления крупными двигателями, в первую очередь лифтами и военно-морскими орудиями.

Модуляция поля очень высокоскоростного генератора переменного тока также использовалась для некоторых ранних радиопередач AM. ^[3]

Усилитель эффекта Йонсена-Рахбека

Самой ранней формой звукового усилителя мощности был «электромографический» телефон Эдисона, в котором использовался смоченный вращающийся меловой цилиндр, контактирующий с неподвижным контактом. Трение между цилиндром и контактом менялось в зависимости от силы тока, обеспечивая усиление.Эдисон открыл этот эффект в 1874 году, но теория, лежащая в основе эффекта Йонсена-Рахбека, не была понятна до эры полупроводников.

Механические усилители

Механические усилители использовались в доэлектронную эру в специализированных приложениях. Первые блоки автопилота, разработанные Элмером Амброузом Сперри, включали в себя механический усилитель с ремнями, обернутыми вокруг вращающихся барабанов; небольшое увеличение натяжения ремня заставляло барабан перемещать ремень. Спаренный, противоположный набор таких приводов составлял единый усилитель.Это усиливало небольшие ошибки гироскопа до сигналов, достаточно больших для перемещения рулевых поверхностей самолета. Похожий механизм использовался в дифференциальном анализаторе Ванневара Буша.

Оптические усилители

Оптические усилители усиливают свет посредством процесса стимулированного излучения.

Разные типы

Существуют также механические усилители, такие как автомобильный сервопривод, используемый при торможении.
Реле могут быть включены в приведенное выше определение усилителей, хотя их передаточная функция не является линейной (то есть они либо открыты, либо закрыты).
Также могут быть созданы чисто механические воплощения таких цифровых усилителей (для теоретических, дидактических целей или для развлечения), см., Например, домино компьютер.
Другой тип усилителя – жидкостный усилитель, основанный на жидкостном триоде.

См. Также

Примечания

Ссылки

Cripps, Steve C. 2006. ВЧ-усилители мощности для беспроводной связи, 2-е издание. Бостон: Artech House. ISBN 978-1596930186.
Джонс, Морган. 2004. Строительство клапанных усилителей. Берлингтон, Массачусетс: Newnes. ISBN 0750656956.
Питтман, Аспен. 2003. Книга о ламповых усилителях. Сан-Франциско: Backbeat. ISBN 0879307676.
Верхувен, К. Дж. 2003. Структурированная электроника: усилители с отрицательной обратной связью. Бостон: Kluwer Academic Publishers. ISBN 1402075901.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 16 марта 2016 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.

Электронный усилитель это: Электронные усилители

Электронные усилители – Статьи об энергетике

История появление электронных усилителей – Роберт фон Либен

Структурная схема усилителя | Электротехника

9 Электронные усилители. Классификация, параметры, характеристики. Усилители постоянного тока.

Классификация усилительных устройств.

Электронный усилитель

Усилитель электронный – Энциклопедия по машиностроению XXL

Проверочная работа” электронные усилители”

»Примечания по электронике

Усилители являются одним из основных строительных блоков в электронных схемах, особенно аналоговых схемах, где они обеспечивают увеличение уровня сигнала.

Обозначение схемы усилителя

Основы конструкции усилителя

Коэффициент усиления и конструкция усилителя

Примечание о децибелах:

КПД усилителя

Классы усилителя

| Future Electronics

Дополнительная информация об усилителях…

Сверхгибкий органический дифференциальный усилитель для записи электрокардиограмм

Как работают усилители | HowStuffWorks

Усилитель | Encyclopedia.com

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

КНИГИ

Как использовать усилитель и его примечания

Тип и характеристики усилителя

Усилители класса A

Усилители класса B

Усилители класса AB

Условия, необходимые для стабильной работы усилителя

Диапазон частот

Скорость нарастания

Индуктивная нагрузка

Грузоподъемность

Диодная нагрузка

Емкость и индуктивность кабеля

Четырехквадрантный биполярный источник питания

Соответствующие технические знания

– New World Encyclopedia

Параметры

Полоса пропускания

КПД

Коэффициент усиления

Линейность

Шум

Выходной динамический диапазон

Overshoot

Время нарастания

Время установления и звонок

Скорость нарастания

Фактор стабильности

Электронные усилители

Усилитель мощности

Вакуумные ламповые (вентильные) усилители

Транзисторные усилители

Операционные усилители (операционные усилители)

Полностью дифференциальные усилители (FDA)

Видеоусилители

Вертикальные усилители осциллографов

Распределенные усилители

СВЧ-усилители

Усилители на лампах бегущей волны (ЛБВ)

Клистроны

Усилители музыкальных инструментов (аудио)

Другие типы усилителей

Угольный микрофон

Магнитный усилитель

Усилитель вращающегося электрического оборудования

Усилитель эффекта Йонсена-Рахбека

Механические усилители

Оптические усилители

Разные типы

См. Также

Примечания

Ссылки

Внешние ссылки

Кредиты

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ