ЕЛЕКТРОТЕХНІКА У БУДІВНИЦТВІ

Підсилювачі

Підсилювачами називаються пристрої, призначені для збільшення зна­чень параметрів електричних сигналів за рахунок енергії джерела живлен­ня. Підсилювачі застосовують для переважного посилення напруги, струму або потужності.

Можливі лінійний і нелінійний режими роботи підсилювача. У підсилю­вачах з практично лінійним режимом роботи має місце мінімальне викривлення форми посилюваного сигналу. Викривлення сигналу мінімальне, якщо без ви­кривлення підсилюються всі його гармонійні складові. Властивість підсилюва­ча збільшувати амплітуду гармонійних складових сигналу характеризує його амплітудно-частотна характеристика (АЧХ). За типом АЧХ розрізняють підси­лювачі напруг і струмів, що змінюються повільно, або підсилювачі постійного струму (рис. 13.21,а - діапазон зміни посилюваних сигналів від 0 до 10 Гц), підсилювачі низьких частот (рис. 13.21,6 - діапазон зміни посилюваних сигна­лів від 20-50 Гц до 20- 103 Гц), підсилювачі високих частот (рис. 13.21,в - діапа-

4 5 7 8

зон зміни посилюваних сигналів від 10 - 10 Гц до 10 - 10 Гц), широкосмужні підсилювачі (рис. 13,21,г - діапазон зміни посилюваних сигналів від 20-50 Гц до 107 - 108 Гц) і вузькосмужні підсилювачі (рис. 13.21, д).

У підсилювачах з нелінійним режимом роботи при підвищенні значення напруги на вході вище деякого граничного рівня зміна напруги на виході підси­лювача практично відсутня. Такі підсилювачі застосовують головним чином у пристроях імпульсної техніки.

fo

Рис.13.21 - Амплітудно-частотні характеристики підсилювачів

Підсилювальна техніка заснована на широкому використанні підсилюва­чів на інтегральних мікросхемах, які дозволяють застосовувати їх для реалізації різних функціональних вузлів систем автоматики, керування і вимірів.

Як було зазначено в розділі 13.1.4, на практиці використовують три схеми включення транзисторів: з загальним емітером, спільною базою і спільним ко­лектором. Відповідно застосовують три схеми транзисторних підсилювачів.

Розглянемо принцип роботи типового підсилювального каскаду на біполяр­ному транзисторі, що включений за схемою з спільним емітером (рис. 13.22). Джерело посилюваного сигналу (обведене штриховою лінією) має внутрішній опір Reu і ЕРС ec=uc. Резистори R1, R2, R, c у схемі забезпечують необхідні значення постійних напруг на колекторному й емітерному переходах при живленні всіх кіл транзистора від одного загального джерела живлення Ек. Резистор Rs; забезпечує температурну стабілізацію робочої точки, що дуже важливо для транзисторних підсилювальних схем. Із зростанням температури постійна складова струму еміте­ра Іе0 зростає, внаслідок чого збільшується падіння напруги R^o на резисторі R^ при цьому потенціал емітера відносно бази знижується, це зменшує постійну складову струму бази й обмежує ступінь наростання струму спокою в колі колек­тора. Для усунення цього впливу при проходженні по колах транзистора змінних складових резистор Rj; шунтується конденсатором Се. Конденсатори C1 і С2 при­значені для запобігання проходження постійної складової струму від джерела жи­влення і сигналу на вихід і вхід підсилювального каскаду.

Одним з найважливіших показників, що характеризують властивості підсилю­вачів, є комплексний коефіцієнт підсилення, який у загальному випадку можна

представити як відношення комплексної напруги на виході підсилювача до комплексної напруги на його вході:

модуль коефіцієнта підсилення підсилювача; Ф = У^вих - У/ех - різ­

ниця фазових кутів сигналу на виході і вході підсилювача. * 6

Підсилювачі неминуче містять комбінації активних і реактивних елементів, тому модуль коефіцієнта підсилення і різниця фазових кутів на виході і вході під­силювача є частотно-залежними. У процесі вивчення підсилювача залежність мо­дуля коефіцієнта підсилення від частоти Kf), амплітудно-частотні характеристики підсилювача і залежність зміни фазового кута від частоти звичайно розглядають окремо. Області частот (рис. 13.23) від 0 до 7 і від7в до7=ххарактеризуються знач­ною зміною коефіцієнта підсилення. Область зміни частоти вхідного сигналу від fH до7в називається смугою пропускання підсилювача і характеризується незначною залежністю коефіцієнта підсилення від частоти.

Для одержання великих значень коефіцієнтів підсилення на практиці за­стосовують багатокаскадні схеми, приклад якої для схеми з загальним емітером показаний на рис. 13.24.