Какой прибор используют для усиления тока

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

Усилители постоянного тока — назначение, виды, схемы и принцип действия

Основная функция усилителя — генерировать выходной сигнал, который является копией входного, но с более высоким уровнем сигнала. Усилители могут быть разработаны специально для усиления по напряжению, мощности или току. Чаще всего усилитель используется в качестве устройства усиления по напряжению.

Ниже на рисунке показана типичная схема усилителя, где входной сигнал Vi подается на его входную клемму, а выходное напряжение Vo генерируется на его выходе. Коэффициент усиления по напряжению усилителя может быть выражен как отношения выходного напряжения к входному.

Например, усилитель с коэффициентом усиления по напряжению 100 будет преобразовывать входной сигнал 50 мкВ в сигнал 5 мВ.

Во многих приложениях уровень постоянного тока на входе или выходе не важен. Скорее это вариационная или переменная часть сигнала, которая содержит информацию, подлежащую обработке.

Усилители, предназначенные только для передачи вариационных частей входного сигнала, называются усилителями со связью по переменному току, тогда как усилители, предназначенные для усиления и передачи постоянного тока, а также уровней вариаций, называются усилителями с прямой связью.

Электронные усилители представляют собой сложные и дорогие элементы электронного оборудования, включающие как линейные, так и нелинейные компоненты.

Суммарное назначение этих устройств (кроме подавления посторонних шумов) состоит в том, чтобы преобразовать слабый сигнал в сильную версию того же сигнала с минимальными искажениями.

Чем ближе усилитель приближается к идеалу отсутствия искажений в широкой полосе частот, тем сложнее и дороже он должен быть.

Современные усилители высокой точности очень близко подходят к достижению идеала в довольно широком диапазоне частот. Это сделало возможным точное усиление сигналов, ранее записанных с низкой точностью или вообще не записанных.

Так, например, детальный анализ таких данных, как электроэнцефалограммы, электрокардиограммы, сейсмограммы, записи космических лучей, во многом стал реальностью благодаря развитию современной записывающей и усиливающей аппаратуры.

Усилители постоянного тока

Усилители постоянного тока, как может показаться из названия, сами по себе ток не усиливают, то есть они не генерируют никакой дополнительной мощности. Данные электронные устройства служат для управления электрическими колебаниями в определенном диапазоне частот начиная с 0 Гц.

Но посмотрев на форму сигналов на входе и выходе усилителя постоянного тока, можно однозначно сказать — на выходе имеется усиленный входной сигнал, однако источники энергии для входного и выходного сигналов — индивидуальные.

По принципу действия усилители постоянного тока подразделяются на усилители прямого усиления и усилители с преобразованием.

Усилители постоянного тока с преобразованием преобразуют ток постоянный — в переменный, затем он усиливается и выпрямляется. Это называется усилением сигнала с модуляцией и демодуляцией — МДМ.

Схемы усилителей прямого усиления не содержат реактивных элементов, таких как катушки индуктивности и конденсаторы, сопротивление которых зависит от частоты.

Вместо этого существует непосредственная гальваническая связь выхода (коллектора или анода) усилительного элемента одного каскада с входом (базой или сеткой) очередного каскада.

По этой причине усилитель прямого усиления способен пропускать (усиливать) даже постоянный ток. Такие схемы популярны и в акустике.

Однако непосредственная гальваническая связь хотя и передает очень точно между каскадами перепады напряжения и медленные изменения тока, такое решение сопряжено с нестабильностью работы усилителя, с затруднением установления режима работы усилительного элемента.

Когда напряжение источников питания немного изменяется, или изменяется режим работы усилительных элементов, либо немного плывут их параметры, — тут же наблюдаются медленные изменения токов в схеме, которые по гальванически связанным цепям попадают во входной сигнал и соответствующим образом искажают форму сигнала на выходе.

Зачастую эти паразитные изменения на выходе схожи по размаху с рабочими изменениями, вызываемыми нормальным входным сигналом.

Искажения выходного напряжения могут быть вызваны различными факторами. Прежде всего — внутренними процессами в элементах схемы.

Нестабильное напряжение источников питания, нестабильные параметры пассивных и активных элементов схемы, особенно под действием перепадов температуры и т. д. Они могут быть вовсе не связаны с входным напряжением.

Изменения выходного напряжения вызванные данными факторами именуют дрейфом нуля усилителя. Максимальное изменение выходного напряжения в отсутствие входного сигнала усилителя (когда вход замкнут) за определенный временной промежуток, называется абсолютным дрейфом.

Напряжение дрейфа, приведенное ко входу равно отношению абсолютного дрейфа к коэффициенту усиления данного усилителя. Это напряжение определяет чувствительность усилителя, так как вносит ограничение в минимально различимый входной сигнал.

Чтобы усилитель работал нормально, напряжение дрейфа не должно быть больше заранее определенного минимального напряжения усиливаемого сигнала, который подается на его вход.

В случае если дрейф выхода окажется того же порядка или будет превышать входной сигнал, искажения превысят допустимую норму для усилителя, и его рабочая точка окажется смещенной за пределы адекватной рабочей области характеристик усилителя («дрейф нуля»).

Для снижения дрейфа нуля прибегают к следующим приемам.

Во-первых, все источники напряжения и тока, питающие каскады усилителя, делают стабилизированными. Во-вторых, используют глубокую отрицательную обратную связь.

В-третьих, применяют схемы компенсации температурного дрейфа путем добавления нелинейных элементов, чьи параметры зависят от температуры.

В-четвертых, используют балансирующие мостовые схемы. И наконец, постоянный ток преобразуют в переменный и затем усиливают переменный ток и выпрямляют.

При создании схемы усилителя постоянного тока очень важно согласовать потенциалы на входе усилителя, в точках сопряжения его каскадов, а также на нагрузочном выходе. Также необходимо обеспечить стабильность работы каскадов при различных режимах и даже в условиях плавающих параметров схемы.

Усилители постоянного тока бывают однотактными и двухтактными. Однотактные схемы прямого усиления предполагают непосредственную подачу выходного сигнала с одного элемента — на вход следующего. На вход следующего транзистора вместе с выходным сигналом от первого элемента (транзистора) подается коллекторное напряжение первого.

Тут должны быть согласованы потенциалы коллектора первого и базы второго транзистора, для чего коллекторное напряжение первого транзистора компенсируют при помощи резистора.

Резистор добавляют также в цепь эмиттера второго транзистора, чтобы сместить его напряжение база-эмиттер.

Потенциалы на коллекторах транзисторов следующих каскадов также должны быть высокими, что тоже достигается применением согласующих резисторов.

В двухтактном параллельном балансном каскаде резисторы коллекторных цепей и внутренние сопротивления транзисторов образуют собой четырехплечевой мост, на одну из диагоналей которого (между цепями коллектор-эмиттер) подается напряжение питания, а к другой (между коллекторами) — присоединяется нагрузка. Сигнал который требуется усилить прикладывается к базам двух транзисторов.

При равенстве коллекторных резисторов и полностью одинаковых транзисторах, разность потенциалов между коллекторами, в отсутствие входного сигнала, равна нулю.

Если входной сигнал не равен нулю, то на коллекторах будут приращения потенциалов равные по модулю, но противоположные по знаку.

На нагрузке между коллекторами появится переменный ток по форме повторяющий входной сигнал, но большей амплитуды.

Такие каскады часто применяются в качестве первичных каскадов многокаскадных усилителей либо в качестве выходных каскадов для получения симметричного напряжения и тока.

Достоинство данных решений в том, что влияние температуры на оба плеча одинаково изменяет их характеристики и напряжение на выходе не плывет.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

4. Электронные усилители

Усилителем называется устройство, которое позволяет при наличии сигнала на входе получить на выходе сигнал той же формы, но большей мощности. Усиление происходит за счет источника питания и активного усилительного элемента (транзистора) с помощью которого энергия источника питания преобразуется в энергию полезных колебаний на выходе. Входной сигнал является управляющим, так как под его воздействием на выходе усилительного элемента возникают более мощные колебания, передаваемые в нагрузку.

Любой усилитель содержит активный усилительный элемент, источник питания и пассивные цепи. По отношению к усиливаемым колебаниям усилитель может рассматриваться как электрический четырехполюсник, поскольку имеет две входные и две выходные клеммы. Как правило, одна входная и одна выходная клеммы соединены общей шиной, называемой «землей».

Классификацию усилителей можно проводить по различным признакам:

1) по виду используемого усилительного элемента — ламповые, транзисторные усилители, на туннельных или параметрических диодах, на микросхемах и т.д.;

2) по диапазону усиливаемых частот — усилители постоянного тока (УПТ), низкой частоты (УНЧ), радио- или промежуточной частоты (УРЧ, УПЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ-усилители);

3) по ширине полосы усиливаемых частот — узкополосные, широкополосные усилители;

4) по характеру усиливаемого сигнала — усилители непрерывных и импульсных сигналов;

5) по усиливаемой электрической величине усилители напряжения, тока, мощности;

6) по типу нагрузки — резистивные (апериодические), резонансные (избирательные) усилители.

Работу усилителей принято оценивать рядом показателей и характеристик.

Коэффициентом усиления называется отношение выходной величины, характеризующей уровень сигнала (напряжение, ток или мощность) к входной. В соответствии с этим вводят понятие коэффициента усиления по напряжению К_U, по току K_I или по мощности К_P.

Коэффициентом усиления по напряжению (току) называется отношение выходного напряжения (тока) к входному напряжению (току):

, .

Коэффициент усиления по мощности К_Р показывает, во сколько раз активная мощность Р_вых, отдаваемая усилителем в нагрузку R_Н больше активной мощности Р_вх подводимой к его входным зажимам:

Коэффициент усиления по мощности часто выражают в логарифмических единицах — децибелах: К_Р дБ= 10 lgК_Р.

В биполярных транзисторах входной ток относительно велик, и коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности могут быть использованы в одинаковой мере, однако наиболее часто усилитель характеризуется коэффициентом К_U. Поэтому для коэффициента К_U в дальнейшем индекс U будет опускаться.

Усиление сигнала, как правило, сопровождается искажениями его формы. Поэтому усилитель характеризуется не только коэффициентом усиления, но и мерой искажений выходного сигнала по сравнению с входным. Искажения делят на линейные и нелинейные.

Линейные искажения обусловлены наличием в усилителе реактивных элементов, сопротивление которых зависит от частоты. Из-за этого отдельные гармонические составляющие сложного входного сигнала усиливаются неодинаково, нарушается их взаимный фазовый сдвиг относительно друг друга, форма сигнала искажается. Линейные искажения усилителя оценивают с помощью амплитудно-частотной (АЧХ) характеристик.

Под АЧХ усилителя понимается зависимость модуля коэффициента усиления от частоты сигнала. Примерный вид АЧХ усилителей показан на рис. 1. Иногда амплитудно-частотной характеристикой называют зависимость амплитуды выходного напряжения от частоты сигнала при постоянном входном напряжении.

Нелинейными искажениями называют искажения формы выходного сигнала, вызванные нелинейностью ВАХ активных приборов, используемых в усилителе. Нелинейные искажения приводят к появлению на выходе усилителя напряжений и токов с частотами, которых не было в спектре входного колебания. При усилении гармонического сигнала нелинейные искажения принято оценивать коэффициентом гармоник (коэффициентом нелинейных искажений) К_Г. Этот коэффициент измеряется на выходе, усилителя при подаче на вход гармонического колебания и определяется соотношением

,

где -напряжение и мощность полезного сигнала на выходе усилителя,,,,-напряжения и мощности соответствующих гармоник.

АХ считается линейной на участках, где усиление происходит с допустимым уровнем нелинейных искажений. В этом случае коэффициент усиления не зависит от амплитуды входного сигнала: он может быть определен как тангенс угла наклона АХ к оси абсцисс (см. рис. 2)

О линейности усилителя можно судить и по его амплитудной характеристике (АХ), т.е. зависимости амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного (рис. 3)

Амплитудная характеристика снимается при подаче на вход усилителя гармонического колебания частотой f, лежащей в полосе пропускания усилителя. Реальные АХ нелинейны, что наиболее ярко выражено при малых и больших уровнях входного сигнала. Начальный нелинейный участок АХ обусловлен собственными шумами усилителя и наводками, которые приводят к появлению напряжения на выходе усилителя даже при отсутствии входного сигнала. При больших амплитудах входного сигнала начинает сказываться нелинейность ВАХ активных приборов.

Динамический диапазон усилителя оценивается по и:

В пределах динамического диапазона усилитель рассматривается как линейное устройство.

Рис. 3

Резисторными (апериодическими) усилителями напряжения называются усилители, в которых явно выраженной нагрузкой является чисто активное сопротивление (резистор). Резисторные усилители широко применяют для усиления напряжения звуковой частоты. На рисунке 3 приведена схема усилителя на биполярном транзисторе. Для установления необходимого режима работы биполярного транзистора с помощью резисторов R₁ и R₂ на базе создается заданное напряжение U_б0. Резистор R_К обеспечивает работу транзистора в выбранном режиме по постоянному току. Стабилизация работы транзистора при изменении температуры осуществляется включением резистора R_Э. Чтобы сопротивление R_Э не сказывалось на переменном токе, его шунтируют конденсатором C_Э. Разделительные конденсаторы С_Р препятствуют передаче постоянной составляющей напряжения.

Контрольные вопросы.

1. Что такое электронный усилитель?
2. Почему в электронном усилителе происходит усиление мощности?
3. Как классифицируются электронные усилители?
4. Что такое коэффициент усиления?
5. Какой усилитель называют апериодическим (резисторным)?
6. Какие искажения в усилителях называют линейными? Чем они обусловлены?
7. Какие искажения в усилителях называют нелинейными? Чем они обусловлены?
8. Что называют амплитудно-частотной характеристикой усилителя?
9. Что такое полоса пропускания усилителя?
10. Почему в апериодическом усилителе уменьшается усиление на низких частотах?
11. Что называют амплитудной характеристикой?
12. Почему реальные амплитудные характеристики нелинейные?
13. Объясните назначение элементов в схеме апериодического усилителя.