Принцип работы усилителя: особенности, классификация и схемы

Как работает усилитель сигнала. Какие бывают виды усилителей. Из каких основных элементов состоит усилитель. Как выбрать подходящий усилитель для конкретной задачи. На какие параметры обращать внимание при выборе усилителя.

Основные принципы работы усилителя

Усилитель — это электронное устройство, предназначенное для увеличения амплитуды электрического сигнала. Основной принцип работы усилителя заключается в том, что слабый входной сигнал управляет более мощным выходным сигналом.

Ключевые особенности работы усилителя:

• Увеличение амплитуды сигнала без искажения его формы
• Потребление энергии от источника питания для усиления сигнала
• Наличие активного элемента (транзистора, лампы и т.д.) для управления выходным сигналом
• Согласование входного и выходного сопротивлений
• Обеспечение заданного коэффициента усиления

Принцип действия усилителя можно описать следующим образом: входной сигнал малой мощности поступает на управляющий электрод активного элемента. За счет свойств активного элемента происходит управление более мощным выходным сигналом, который формируется из энергии источника питания. В результате на выходе получается усиленная копия входного сигнала.

Классификация усилителей по различным признакам

Усилители можно классифицировать по нескольким основным признакам:

По диапазону усиливаемых частот:

• Усилители постоянного тока (УПТ)
• Усилители низкой частоты (УНЧ)
• Усилители высокой частоты (УВЧ)
• Широкополосные усилители

По типу усиливаемого сигнала:

• Усилители напряжения
• Усилители тока
• Усилители мощности

По схеме построения:

• Однотактные
• Двухтактные
• Дифференциальные
• Операционные

По элементной базе:

• Ламповые
• Транзисторные
• На интегральных микросхемах

Правильный выбор типа усилителя зависит от конкретной задачи и требований к характеристикам усиливаемого сигнала.

Основные элементы и узлы усилителя

Типовая схема усилителя включает следующие основные элементы и узлы:

• Активный усилительный элемент (транзистор, лампа, микросхема)
• Цепи смещения для задания рабочей точки
• Разделительные конденсаторы
• Элементы обратной связи
• Нагрузочные резисторы
• Источник питания

Активный элемент является ключевым в схеме усилителя. Он обеспечивает усиление сигнала за счет управления более мощным выходным сигналом слабым входным. В качестве активных элементов чаще всего используются:

• Биполярные транзисторы
• Полевые транзисторы
• Электронные лампы
• Операционные усилители

Выбор активного элемента определяет основные характеристики и особенности работы усилителя.

Основные характеристики и параметры усилителей

При выборе и оценке усилителей следует обращать внимание на следующие ключевые характеристики и параметры:

• Коэффициент усиления — отношение выходного сигнала к входному
• Полоса пропускания — диапазон частот, в котором обеспечивается усиление
• Входное и выходное сопротивление
• Коэффициент нелинейных искажений
• Уровень собственных шумов
• Динамический диапазон
• Выходная мощность
• КПД

Значения этих параметров определяют качество работы усилителя и его пригодность для конкретного применения.

Схемы включения транзисторов в усилителях

Для построения транзисторных усилителей используются три основные схемы включения транзисторов:

• С общим эмиттером (ОЭ)
• С общей базой (ОБ)
• С общим коллектором (ОК)

Схема с ОЭ обеспечивает усиление как по току, так и по напряжению. Она наиболее часто применяется в усилителях.

Схема с ОБ дает большое усиление по напряжению, но не усиливает ток. Используется в основном в высокочастотных усилителях.

Схема с ОК (эмиттерный повторитель) обеспечивает усиление по току, но не по напряжению. Применяется для согласования высокоомного выхода с низкоомной нагрузкой.

Особенности работы многокаскадных усилителей

Для получения большого усиления часто применяют многокаскадные усилители, состоящие из нескольких последовательно включенных усилительных каскадов. Особенности работы таких усилителей:

• Общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов
• Необходимо согласование выхода предыдущего каскада со входом последующего
• Применяются разделительные цепи между каскадами
• Возможно самовозбуждение из-за паразитных обратных связей
• Сложнее обеспечить широкую полосу пропускания

При проектировании многокаскадных усилителей важно правильно выбрать тип связи между каскадами и обеспечить их согласование.

Применение обратной связи в усилителях

Обратная связь (ОС) широко применяется в усилителях для улучшения их характеристик. Различают отрицательную и положительную обратную связь.

Отрицательная ОС позволяет:

• Стабилизировать коэффициент усиления
• Расширить полосу пропускания
• Уменьшить нелинейные искажения
• Увеличить входное и уменьшить выходное сопротивление

Положительная ОС используется для:

• Увеличения коэффициента усиления
• Сужения полосы пропускания
• Создания генераторов

Правильное применение обратной связи позволяет значительно улучшить параметры усилителей.

Усилитель мощности и принцип его действия

Усилителем мощности (УМ) называют усилитель, который обеспечи-вает заданную мощность в нагрузке, сопротивление которой, как правило, мало. Обычно в таких усилителях амплитуды выходного тока и напряжения близки к предельно допустимым значениям для используемого транзистора, а выходная мощность соизмерима с предельно допустимой мощностью, рас-сеиваемой прибором, и сравнима с мощностью, потребляемой от источника питания.
Важнейшими показателями, характеризующими УМ, являются: КПД, мощность, отдаваемая в нагрузку, коэффициент нелинейных искажений вы-ходного сигнала.
В УМ для согласования большого выходного сопротивления с низко-омным сопротивлением нагрузки необходимо применение трансформатора с малыми потерями. Однако с появлением мощных транзисторов с низкоом-ным выходным сопротивлением стало возможным построение схем, рабо-тающих на нагрузку величиной нескольких Ом без использования трансфор-маторов. В настоящее время бестрансформаторные усилители мощности по-лучили широкое распространение.
Усилитель мощности обычно состоит из нескольких каскадов: входно-го, предоконечного и оконечного. Технические параметры усилителя во мно-гом определяются оконечным каскадом, так как он является основным по-требителем энергии источника питания. Оконечный каскад обычно реализу-ют по двухтактной схеме, при этом для сильных управляющих сигналов име-ет место режим В, а для слабых– режим А, что позволяет уменьшить нели-нейные искажения слабых сигналов. Выходной каскад служит для усиления мощности и его коэффициент усиления по напряжению близок к 1. входной и предоконечный каскады работают в режиме большого усиления по току или напряжению.

Существует множество различных схем бестрансформаторных усили-телей мощности, но все они имеют вышеперечисленные составные части. Конструкция схемы входного каскада зависит от требуемого усиления и ко-эффициента нелинейных искажений. При большой требуемой выходной мощности транзисторы оконечного каскада заменяются на составные. Пре-доконечный каскад обычно остаётся неизменным.

Принцип действия усилителя мощности.

В качестве предоконечных каскадов широко используются операцон-ные усилители в интегральном исполнении. Возбуждающий сигнал на вы-ходной каскад поступает с выхода операционного усилителя D. Весь усили-тель с помощью делителя R2R3 охвачен отрицательной обратной связью, бла-годаря которой схема настолько линейна, что не требует дополнительных цепей смещения для транзисторов оконечного каскада. Так как коэффициент усиления по напряжению оконечного каскада по схеме ОК составляет при-мерно единицу, то усиление всего устройства KU=1+R3/R2.

Когда на входе выходного каскада появляется переменный сигнал, при положительной полуволне открывается транзистор типа n-p-n, пропуская в нагрузку ток, а состояние транзистора типа p-n-p не изменяется. При поступ-лении на вход отрицательной полуволны сигнала, наоборот, работает транзи-стор типа p-n-p. Таким образом, в нагрузке проходит переменный ток в тече-ние одного периода. Постоянный ток в случае, если транзисторы имеют идентичные параметры и сигналы одинаковы по амплитуде, через нагрузку Rн не проходит. Поскольку оба транзистора в схеме включены по отношению к нагрузке как эмиттерные повторители, согласование выходного сопротив-ления усилителя с сопротивлением нагрузки (обычно низкоомной) обычно упрощается и КПД схемы может оказаться достаточно высоким.
Транзисторы включены по схеме ОК. Это обеспечивает небольшое вы-ходное сопротивление Rвых , что облегчает согласование усилителя с низко-омным нагрузочным резистором, характерным для УМ. Входное сопротив-ление усилителя повышенно, что упрощает согласование с маломощным вы-сокоомным источником входного сигнала. Поскольку выходное напряжение каскада ОК почти равно входному, усиление мощности в таком усилителе достигается за счёт усиления тока.
Для симметрии плеч усилительного каскада разнотипные транзисторы должны иметь строго одинаковые параметры. Поэтому следует пользоваться одной парой транзисторов, имеющих одинаковые параметры и называемых комплементарными.
Блок питания (БП) предназначен для преобразования переменного на-пряжения сети Uс=36 %, В в двухполярное стабилизированное напряже-ние Eк=20 В.
БП состоит из мостового выпрямителя со средней точкой, двух LC–фильтров и двух компенсационных стабилизаторов напряжения (КСН) непрерывного действия.
Средняя точка вторичной обмотки трансформатора (Т) выведена и со-единена с общей точкой схемы.
Однофазные двухполупериодные выпрямители дают напряжение Ud с коэффициентом пульсации q=0.67.
Питать таким напряжением многие потребители, особенно содержащие электронные блоки, нельзя.
Поэтому источники вторичного электропитания (ИВЭ) снабжаются сглаживающими фильтрами (СФ).
Требования, предъявляемые к фильтру:
1) Максимальное ослабление переменной составляющей напряжения.
2) Минимальное ослабление постоянной составляющей напряжения.
3) Броски токов и напряжений, обусловленные СФ в переходных ре-жимах при включении и выключении сети или нагрузки не должны превышать допустимых значений.
Работа LC–фильтра
LC–фильтры применяются в ИВЭ средней мощности, когда сопротивление нагрузки Rн существенно, а требуемый коэффициент сглаживания S>20. При 1LФ>>RН II 1/1CФ переменная составляющая тока Id будет вызывать падение напряжения в основном на индуктивности LФ, а не на нагрузке Rн.

Схема усилителя низкой частоты. Классификация и принцип работы УНЧ — ABC IMPORT

Содержание статьи:

Усилитель низких частот (далее УНЧ) – электронное устройство, предназначенное для усиления колебаний низкой частоты до той, которая необходима потребителю. Они могут выполняться на различных электронных элементах вроде транзисторов разных типов, ламп или операционных усилителей. Все УНЧ обладают рядом параметров, которые характеризуют эффективность их работы.

В данной статье будет рассказано о применении такого устройства, его параметрах, способах построения с помощью различных электронных компонентов. Также будет рассмотрена схемотехника усилителей низкой частоты.

Вам будет интересно:Как заряжать NiMH аккумуляторы правильно

Применение УНЧ

Чаще всего УНЧ используется в аппаратуре для воспроизведения звука, потому что в данной области техники часто необходимо усиливать частоту сигнала до той, которую может воспринимать человеческий организм (от 20 Гц до 20 кГц).

Другие области применения УНЧ:

• измерительная техника;
• дефектоскопия;
• аналоговая вычислительная техника.

В целом усилители низких частот встречаются в качестве составных компонентов различных электронных схем, например, радиоприемников, акустических устройств, телевизоров или радиопередатчиков.

Параметры

Важнейший параметр для усилителя – коэффициент усиления. Он рассчитывается, как отношение выходного сигнала к входному. В зависимости от рассматриваемой величины, различают:

• коэффициент усиления по току = выходной ток / входной ток;
• коэффициент усиления по напряжению = выходное напряжение / входное напряжение;
• коэффициент усиления по мощности = выходная мощность / входная мощность.

Вам будет интересно:Как продлить жизнь батареек: способы реанимации и правила эксплуатации элементов питания

Для некоторых устройств вроде операционных усилителей значение этого коэффициента очень велико, но работать со слишком большими (равно как и со слишком малыми) числами при вычислениях неудобно, поэтому часто коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах. Для этого применяются следующие формулы:

• коэффициент усиления по мощности в логарифмических единицах = 10 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по мощности;
• коэффициент усиления по току в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по току;
• коэффициент усиления по напряжению в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по напряжению.

Рассчитанные подобным образом коэффициенты измеряются в децибелах. Сокращенное наименование – дБ.

Следующий важный параметр усилителя – коэффициент искажения сигнала. Важно понимать, что усиление сигнала происходит в результате его преобразований и изменений. Не факт, что всегда эти преобразования будут происходить корректно. По этой причине выходной сигнал может отличаться от входного, например, по форме.

Вам будет интересно:Датчик движения ИЭК: обзор, характеристики и отзывы

Идеальных усилителей не существует, поэтому искажения всегда имеют место. Правда, в одних случаях они не выходят за допустимые границы, а в других – выходят. Если гармоники сигналов на выходе усилителя совпадают с гармониками входных сигналов, то искажения линейные и сводятся лишь к изменению амплитуды и фазы. Если же на выходе появляются новые гармоники, то искажения нелинейные, потому что приводят к изменению формы сигнала.

Проще говоря, если искажения линейные и на входе усилителя был сигнал «а», то на выходе будет сигнал «А», а если нелинейные, то на выходе будет сигнал «Б».

Заключительный важный параметр, характеризующий работу усилителя, это выходная мощность. Разновидности мощности:

Номинальная.

Паспортная шумовая.

Максимальная кратковременная.

Максимальная долговременная.

Все четыре типа нормируются различными ГОСТами и стандартами.

Усилители на лампах

Исторически первые усилители создавались на электронных лампах, которые относятся к классу электровакуумных приборов.

В зависимости от расположенных внутри герметичной колбы лампы электродов различают:

• диоды;
• триоды;
• тетроды;
• пентоды.

Максимальное количество электродов – восемь. Существуют также такие электровакуумные приборы, как клистроны.

Усилитель на триоде

Для начала стоит разобраться со схемой включения. Описание схемы усилителя низкой частоты на триоде приведено далее.

На нить накала, которая нагревает катод, подается напряжение. Также напряжение подается на анод. С катода под действием температуры выбиваются электроны, которые устремляются к аноду, на который подан положительный потенциал (у электронов потенциал отрицательный).

Часть электронов перехватывается третьим электродом – сеткой, к которой также подведено напряжение, только переменное. С помощью сетки регулируется анодный ток (ток в схеме в целом). Если на сетку подать большой отрицательный потенциал, все электроны с катода осядут на ней, а через лампу не будет протекать ток, потому что ток – направленное движение электронов, а сетка это движение перекрывает.

Коэффициент усиления лампы регулирует резистор, который подключен между источником питания и анодом. Он задает нужное положение рабочей точки на вольт-амперной характеристике, от которого и зависят параметры усиления.

Почему положение рабочей точки так важно? Потому что от него зависит, насколько будет усилен ток и напряжение (следовательно, и мощность) в схеме усилителя низкой частоты.

Выходной сигнал на триодном усилителе снимается с участка между анодом и резистором, включенным перед ним.

Вам будет интересно:Датчики для «Умного дома»: виды и назначение

Усилитель на клистроне

Принцип работы усилителя низкой частоты на клистроне основан на модуляции сигнала сначала по скорости, а затем по плотности.

Клистрон устроен следующим образом: в колбе есть катод, нагреваемый нитью накала, и коллектор (аналог анода). Между ними расположены входной и выходной резонаторы. Электроны, испускаемые с катода, ускоряются напряжением, подведенным к катоду, и устремляются к коллектору.

Одни электроны будут двигаться быстрее, другие медленнее – так выглядит модуляция по скорости. Из-за разницы в скорости движения электроны группируются в пучки – так проявляется модуляция по плотности. Модулированный по плотности сигнал попадает на выходной резонатор, где создает сигнал той же частоты, но большей мощности, чем и у входного резонатора.

Получается, что кинетическая энергия электронов преобразуется в энергию СВЧ-колебаний электромагнитного поля выходного резонатора. Так происходит усиление сигнала в клистроне.

Особенности электровакуумных усилителей

Если сравнить качество одного и того же сигнала, усиленного ламповым устройством и УНЧ на транзисторах, то разница будет видна невооруженным глазом не в пользу последнего.

Любой профессиональный музыкант скажет, что ламповые усилители куда лучше своих продвинутых аналогов.

Электровакуумные приборы давно вышли из массового потребления, им на смену пришли транзисторы и микросхемы, но это неактуально для области воспроизведения звука. За счет температурной стабильности и вакуума внутри ламповые приборы лучше усиливают сигнал.

Единственный недостаток лампового УНЧ – высокая цена, что логично: дорого выпускать элементы, которые не пользуются массовым спросом.

Усилитель на биполярном транзисторе

Часто усилительные каскады собираются с использованием транзисторов. Простой усилитель низкой частоты можно собрать всего из трех основных элементов: конденсатора, резистора и n-p-n транзистора.

Для сборки такого усилителя понадобится заземлить эмиттер транзистора, подсоединить к его базе последовательно конденсатор, а параллельно – резистор. Нагрузку следует располагать перед коллектором. К коллектору в данной схеме целесообразно подключить ограничительный резистор.

Допустимое напряжение питания такой схемы усилителя низкой частоты варьируется от 3 до 12 вольт. Номинал резистора следует выбирать экспериментально с учетом того, что его величина должна быть минимум в 100 раз больше сопротивления нагрузки. Номинал конденсатора может варьироваться от 1 до 100 мкФ. Его емкость влияет на величину частоты, с которой может работать усилитель. Чем больше емкость, тем ниже номинал частоты, которую может усиливать транзистор.

Входной сигнал усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе подается на конденсатор. Положительный полюс питания необходимо соединить с точкой соединения нагрузки и резистора, параллельно соединенного с базой и конденсатором.

Чтобы улучшить качество такого сигнала, можно подключить к эмиттеру параллельно соединенные конденсатор и резистор, играющие роль отрицательной обратной связи.

Усилитель на двух биполярных транзисторах

Чтобы повысить коэффициент усиления, можно соединить два одиночных УНЧ на транзисторах в один. Тогда коэффициенты усиления этих устройств можно будет умножить.

Хотя если продолжать наращивать число усилительных каскадов, то будет увеличиваться шанс самовозбуждения усилителей.

Усилитель на полевом транзисторе

Усилители низких частот собирают и на полевых транзисторах (далее ПТ). Схемы таких устройств ненамного отличаются от тех, что собираются на биполярных транзисторах.

В качестве примера будет рассмотрен усилитель на полевом транзисторе с изолированным затвором с n-каналом (МДП типа).

К подложке данного транзистора последовательно подключается конденсатор, параллельно – делитель напряжения. К истоку ПТ подключается резистор (можно также использовать параллельное соединение конденсатора и резистора, как описано выше). К стоку подключается ограничительный резистор и питание, а между резистором и стоком создается вывод на нагрузку.

Входной сигнал к усилителям низкой частоты на полевых транзисторах подается на затвор. Осуществляется это также через конденсатор.

Как видно из пояснения, схема простейшего усилителя на полевом транзисторе ничем не отличается от схемы усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе.

Правда, при работе с ПТ стоит учитывать следующие особенности данных элементов:

У ПТ высокое Rвходное = I / Uзатвор-исток. Полевые транзисторы управляются электрическим полем, которое образуется за счет напряжения. Следовательно, ПТ управляются напряжением, а не током.

ПТ почти не потребляют ток, что влечет за собой слабое искажение исходного сигнала.

В полевых транзисторах нет инжекции зарядов, поэтому уровень шумов данных элементов очень низкий.

Они устойчивы к изменению температуры.

Главный недостаток полевых транзисторов – высокая чувствительность к статическому электричеству.

Многим знакома ситуация, когда, казалось бы, нетокопроводящие вещи бьют человека током. Это и есть проявление статического электричества. Если такой импульс подать на один из контактов полевого транзистора, можно вывести элемент из строя.

Таким образом, при работе с ПТ лучше не браться руками за контакты, чтобы случайно не повредить элемент.

Устройство на операционном усилителе

Операционный усилитель (далее ОУ) – устройство с дифференцированными входами, обладающее очень высоким коэффициентом усиления.

Усиление сигнала – не единственная функция данного элемента. Он может работать и в качестве генератора сигналов. Тем не менее для работы с низкими частотами интересны именно его усилительные свойства.

Чтобы из ОУ сделать усилитель сигналов, необходимо грамотно подключить к нему цепь обратной связи, которая представляет из себя обычный резистор. Как понять, куда подключать данную цепь? Для этого нужно обратиться к передаточной характеристике ОУ. Она имеет два горизонтальных и один линейный участок. Если рабочая точка устройства расположена на одном из горизонтальных участков, то ОУ работает в режиме генератора (импульсный режим), если она находится на линейном участке, то ОУ усиливает сигнал.

Вам будет интересно:Китайские роботы-пылесосы: обзор, характеристики, отзывы

Чтобы перевести ОУ в линейный режим, нужно подключить резистор обратной связи одним контактом к выходу устройства, а другим – к инвертирующему входу. Такое включение называется отрицательной обратной связью (ООС).

Если требуется, чтобы сигнал низкой частоты усиливался и не менялся по фазе, то инвертирующий вход с ООС следует заземлить, а на неинвертирующий вход подать усиливаемый сигнал. Если же необходимо усилить сигнал и изменить его фазу на 180 градусов, то неинвертирующий вход нужно заземлить, а на инвертирующий подать входной сигнал.

При этом нельзя забывать, что на операционный усилитель необходимо подавать питание противоположных полярностей. Для этого у него есть специальные контактные выводы.

Важно заметить, что работе с такими устройствами иногда бывает сложно подобрать элементы для схемы усилителя низкой частоты. Требуется их тщательное согласование не только по номинальным значениям, но и по материалам, из которых они изготовлены, для достижения нужных параметров усиления.

Усилитель на микросхеме

УНЧ можно собирать и на электровакуумных элементах, и на транзисторах, и на операционных усилителях, только электронные лампы – это прошлый век, а остальные схемы не лишены недостатков, исправление которых неминуемо влечет усложнение конструкции усилителя. Это неудобно.

Инженеры давно нашли более удобный вариант создания УНЧ: промышленностью выпускаются готовые микросхемы, выполняющие роль усилителей.

Каждая из таких схем – набор ОУ, транзисторов и других элементов, соединенных определенным образом.

Примеры некоторых серий УНЧ в виде интегральных микросхем:

• TDA7057Q.
• К174УН7.
• TDA1518BQ.
• TDA2050.

Все приведенные выше серии применяются в аудиоаппаратуре. Каждая из моделей имеет разные характеристики: напряжение питания, выходную мощность, коэффициенты усиления.

Они изготавливаются в виде небольших элементов с множеством выводов, которые удобно располагать на плате и монтировать.

Для работы с усилителем низкой частоты на микросхеме полезно знать азы алгебры логики, а также принципы работы логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

На логических элементах можно собрать практически любые электронные устройства, но в этом случае многие схемы будут получаться громоздкими и неудобными для монтажа.

Поэтому применение готовых интегральных микросхем, выполняющих функцию УНЧ, представляется наиболее удобным практическим вариантом.

Улучшение схем

Выше был приведен пример того, как можно улучшить усиливаемый сигнал при работе с биполярными и полевыми транзисторами (подключением параллельного соединения конденсатора и резистора).

Подобные конструкционные модернизации можно производить практически с любыми схемами. Конечно, внедрение новых элементов увеличивает падение напряжения (потери), но благодаря этому можно улучшить свойства различных схем. Например, конденсаторы являются отличными фильтрами частот.

На резистивных, емкостных или индуктивных элементах рекомендуется собирать простейшие фильтры, отсеивающие частоты, которые не должны попадать в схему. Комбинируя резистивные и емкостные элементы с операционными усилителями, можно собирать более эффективные фильтры (интеграторы, дифференциаторы по схеме Саллена-Ки, режекторные и полосовые фильтры).

В заключение

Важнейшими параметрами усилителей частот являются:

• коэффициент усиления;
• коэффициент искажения сигнала;
• выходная мощность.

Усилители низких частот чаще всего используются в звуковой аппаратуре. Собирать данные устройства можно практически на следующих элементах:

• на электровакуумных лампах;
• на транзисторах;
• на операционных усилителях;
• на готовых микросхемах.

Характеристики усилителей низкой частоты можно улучшать за счет введения резистивных, емкостных или индуктивных элементов.

Каждая из схем, приведенных выше, обладает своими достоинствами и недостатками: какие-то усилители дорого собирать, какие-то могут уйти в насыщение, для некоторых сложно согласовать используемые элементы. Всегда есть особенности, с которыми человеку, занимающемуся конструированием усилителей, приходится считаться.

Пользуясь всеми рекомендациями, что даны в этой статье, можно собрать собственный усилитель для домашнего использования вместо того, чтобы покупать это устройство, которое может стоить больших денег, если речь идет о приборах высокого качества.

Источник

Усилители постоянного тока: схемы, принцип действия, формулы

Усилитель называют усилителем постоянного тока (УПТ), если он может усиливать постоянные и медленно изменяющиеся сигналы. Такой усилитель может использоваться и для усиления переменных сигналов.

Выше рассмотрены операционные усилители, являющиеся усилителями постоянного тока. Но внутреннее устройство операционных усилителей не рассматривалось.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Для того чтобы постоянные или медленно изменяющиеся сигналы могли быть переданы с входа усилителя на его выход, должны использоваться только гальванические связи между отдельными частями усилителя или эти сигналы должны быть преобразованы в переменные.

Полученные переменные сигналы могут быть усилены с помощью усилителей переменного тока, в которых гальванические связи разорваны с помощью конденсаторов или трансформаторов.

После усиления переменные сигналы должны быть преобразованы в постоянные или медленно изменяющиеся.

При построении УПТ с использованием гальванической связи между каскадами получают УПТ, которому присуще такое вредное явление, как дрейф нуля. Под дрейфом нуля понимают самопроизвольное изменение выходного напряжения при неизменном нулевом входном. Основными причинами дрейфа нуля усилителя являются:

• изменение параметров элементов схемы, прежде всего транзисторов, за счет изменения температуры окружающей среды;
• изменение питающих напряжений;
• постоянное изменение параметров активных и пассивных элементов схемы, вызванное их старением.

Сигнал дрейфа нуля может быть соизмерим с полезным сигналом, поэтому при построении УПТ принимают меры по снижению дрейфа нуля.

Основными мерами снижения дрейфа являются:

• жесткая стабилизация источников питания усилителей;
• использование отрицательных обратных связей;
• применение балансных компенсационных схем УПТ;
• использование элементов с нелинейной зависимостью параметров от температуры для компенсации температурного дрейфа;
• применение УПТ с промежуточным преобразованием и др.

Важным вопросом при построении УПТ является также согласование потенциалов соседних каскадов, согласование источника входного сигнала с УПТ, а также подключение нагрузки к УПТ таким образом, чтобы при нулевом входном напряжении, напряжение на нагрузке было также равно нулю.

Поэтому простейшие УПТ, состоящие из нескольких каскадов, включенных последовательно и соединенных гальванической (непосредственной) связью, даже при условии согласования потенциалов обладают рядом недостатков, главным из которых является дрейф нуля.

Таким образом, для устранения отмеченных выше недостатков УПТ строят в виде параллельно-балансных каскадов, представляющих собой сбалансированный мост, в одно плечо которого включена нагрузка, а в другое — источник питания. Схема такого УПТ приведена на рис. 2.35.

Коллекторные сопротивления R_K1 и R_K2, транзисторы Т₁ и Т₂, резистор R_э образуют мост, к одной диагонали которого подключен источник питания Е_K, а в другую диагональ — между коллекторами транзисторов — включается нагрузка.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

При нулевых входных сигналах и полной симметрии схемы (RK1 = RК2, T1 и Т2 одинаковы) потенциалы коллекторов транзисторов Т1 и Т2 одинаковы и uвых, равное u К1—uК2, равно нулю.

Высокая стабильность схемы объясняется тем, что при изменении напряжения источника питания или при одинаковых изменениях параметров транзисторов (например, за счет температуры) потенциалы обоих коллекторов получают равные приращения и, следовательно, выходное напряжение остается равным нулю.

В реальных схемах всегда имеется некоторая несимметрия плеч и существует некоторый дрейф нуля, хотя он и значительно меньше, чем в других схемах.

Входной сигнал в этой схеме может подаваться либо между базами, либо на одну из баз при фиксированном потенциале другой.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Представив Rэ в виде двух параллельно соединенных сопротивлений удвоенной величины (см. пунктир на рис. 2.35), можно увидеть, что рассматриваемый УПТ представляет собой два каскада с эмиттерной стабилизацией, объединенных соответствующим образом (см. вертикальные разделительные линии).

Включив последовательно с R_э дополнительный источник Е_э, можно обеспечить такой начальный режим работы транзисторов, при котором потенциалы входов равны нулю и, следовательно, возможно убрать из схемы сопротивления делителей R₁, R₂, R₃, R₄. В результате получится схема дифференциального усилителя.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Принцип работы оптических усилителей

В настоящее время широко применяется наиболее перспективный тип оптического усилителя (ОУ) на активном оптическом волокне — одномодовом волокне, сердцевина которого легирована редкоземельным элементом эрбием (Еr). Эти волоконно-оптические усилители позволяют осуществлять усиление оптических сигналов, передаваемых в III-м окне прозрачности, т.е. в рабочем диапазоне длин волн 1530-1560 нм.
Классификация и определение типов ОУ: ОУ1,ОУ2 и ОУ3 изложены в разделе 2. Блок-схемы ОУ1 и ОУ2 приведены на рис. П4.1 и П4.2 соответственно.

 

Рис.П4.1

 

Рис. П4.2

Работают ОУ следующим образом.

Входной оптический сигнал на длине волны λс=1550нм проходит через оптический изолятор (ОИ), который пропускает свет только в одном направлении, и поступает в оптический мультиплексор (ОМ), на второй вход которого подается также световое излучение накачки с длиной волны λн=1480 (в ОУ1) и 980 нм (в ОУ2). Оба сигнала совмещаются и поступают в легированное эрбием активное оптическое волокно (АОВ), в котором входной сигнал усиливается за счет вынужденного (или индуцированного) усиления фотонов. Затем усиленный входной сигнал через оптический изолятор и полосовой оптический фильтр (ОФ) поступает на выход. Эффект усиления достигается за счет того, что лазер накачки возбуждает электронную подсистему примесных атомов эрбия в АОВ. В результате электроны с основного энергетического состояния (уровень А) переходят в возбужденное состояние (уровень В).

Возбужденные состояния имеют большое время релаксации, чтобы спонтанно (самопроизвольно) перейти в основное состояние. Скорее происходит релаксация электронов с уровня В на промежуточный уровень С (см. рис.П4.3). Когда «заселенность» уровня С становится достаточно высокой, так что образуется инверсная заселенность уровней А и С, то такая система способна индуцировано (вынужденно) усиливать слабый входной оптический сигнал. Другими словами, при наличии слабого входного сигнала происходит вынужденный (индуцированный) переход атомов примесей из возбужденного состояния в основное с излучением света на той же длине волны и с той же фазой, как и у вызвавшего это входного сигнала. Таким образом, при распространении входного оптического сигнала на длине волны λс =1550 нм вдоль АОВ и при одновременной его накачке световым излучением с длиной волны λн происходит поглощение одного фотона с энергией hc/ λн, а другой фотон с энергией hc/λc — излучается.

 

Рис.114.3

Характерным для ОУ является также широкополосный собственный шум, который связан со спонтанным излучением возбужденных атомов примесей.

Оптический фильтр (ОФ), применяемый на выходе ОУ2 (см. рис.П4.2) предназначен для отфильтрования шума вне полосы частот (спектра длин волн) усиливаемого сигнала.

Характерным для схемы ОУ, является использование лазера накачки на длине волны λн=1480нм, что приводит к уменьшению шумов и увеличению ресурса лазера накачки, но коэффициент усиления в этом случае меньше. Поэтому в схемах ОУ) для увеличения коэффициента усиления часто используют более длинный отрезок АОВ (до нескольких десятков метров) и, соответственно, два лазера накачки (с двух сторон АОВ), как показано на рис. П4.1.

Для схемы ОУ2 , ориентированного на усиление более слабых оптических сигналов, чем в случае ОУ|, характерным является то, что используется лазер накачки с λн =980нм.

Это приводит к увеличению коэффициента усиления, но при большем уровне входного сигнала, как, например, на входе ОУ1 уровень шумов возрастает, а ресурс лазера накачки уменьшается. Поэтому в схеме ОУ2. как правило, не применяется второй лазер накачки, и обязательно используется полосовой оптический фильтр (см. рис. 4.9).

Что касается схемы ОУ3, то она, по существу, является схемой последовательного соединения «ОУ1 + ОУ2». Таким образом, оптический сигнал в линии сначала предварительно усиливается по схеме ОУ2, а затем еще раз по схеме ОУ). Как правило в схеме ОУ3 между ОУ1 и ОУ2 включают пассивный компенсатор дисперсии на ОВ для увеличения протяженности участка линии передачи по дисперсии.

Достоинством ОУ является то, что они могут быть использованы как в одноканальных ВОСП, так и в ВОСП-СР.

ОУ могут сегодня успешно использоваться при реконструкции и восстановления ВОЛП.

В основном на действующих ВОЛП используются ОВ типа SMF (пo Рекомендации МСЭ-Т G.652) и АЛТ синхронных мультиплексоров уровня не выше СТМ-16 (2,5 Гб/с) без ОУ с длиной участка регенерации до 100-150 км. Таким образом, на многих участках ВОЛП используются необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) со специальными мерами по их автономному электропитанию и защите от несанкционированного доступа.

Основной из проблем, возникающих в процессе эксплуатации ВОЛП, является проблема «существования» НРП. Эта проблема решается с минимальными дополнительными капитальными затратами, если установить в линейном тракте ВОЛП на соседних прилежащих друг к другу сетевых узлах связи ОУ1 и ОУ2 (см. раздел 2), т.е. применение ОУ позволяет значительно увеличить длину участка регенерации ВОЛП при той же скорости передачи в существующих ВОЛП, что позволит в ряде случаев «исключить» НРП.

Кроме того, в ходе эксплуатации существующих ВОЛП возникает необходимость увеличить объем трафика, что может быть обеспечено заменой оборудования (в сетевых узлах) на более высокоскоростное (например, АЛТ уровня СТМ-16 на АЛТ уровня СТМ-64). Причем, при повышении скорости сигнала до 10 Гбит/с (СТМ-64), передаваемого по ОВ типа SMF, для сохранения той же длины участка регенерации по скорости передачи необходимо вводить в тракт ВОЛП пассивные компенсаторы дисперсии, что приведет к уменьшению длины участка регенерации по затуханию. Поэтому, чтобы сделать это с минимальными дополнительными капитальными затратами и сохранением той же длины участка регенерации, в большинстве случаев для этого достаточно применить те же ОУ1 и ОУ2.

По заданию ОАО «Ростелекома» в ЦНИИС была разработана в 1997-99 г.г. концепция восстановления цифровых линий связи в чрезвычайных ситуациях (ЧС), в соответствии с которой, в частности, региональные центры технической эксплуатации ОАО «Ростелекома» должны быть обеспечены соответствующими мобильными средствами восстановления (МСВ) НРП ВОЛП ЧС с использованием ОУ. В соответствующих технических предложениях (шифр: «МСВ-НРП ВОЛП-ЧС») показана необходимость и высокая эффективность использования ОУ — как отдельных приборов.

Предусматривается дальнейшая работа с ОАО «Ростелеком» в этом направлении, связанная с приобретением и опытной эксплуатацией образцов ОУ в составе МСВ.

Ожидается, что в будущем, эти положения концепции будут нормированы в масштабах всей отрасли.

Понятие и принцип работы электронного усилителя

1. Бюджетное учреждение профессионального образования Ханты-Мансийского автономного округа – Югры «Урайский политехнический

ПОНЯТИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННОГО
УСИЛИТЕЛЯ
Выполнил студент:
группы ПКС-414 Колебин Д.Н.
Проверил преподаватель: Газыева Г.А.

2. Введение

Электроника
сегодня
–
это
самая
бурно
развивающаяся отрасль науки и техники. Область,
посвященная применению электронных приборов и
технических
устройств
на
их
основе
в
промышленности,
называется
промышленной
электроникой. Современный этап развития техники
характеризуется
все
более
возрастающим
проникновением электроники во все сферы жизни и
деятельности людей.

3. Понятие

Частный случай управления энергией, при котором
путем затраты небольшого ее количества можно
управлять энергией, во много раз большей,
называется усилением. При этом необходимо, чтобы
процесс управления являлся непрерывным, плавным
и однозначным. Устройство, осуществляющее такое
управление, называется усилителем.

4. Классификация

По роду усиливаемых сигналов их подразделяют на
усилители гармонических сигналов и усилители
импульсных сигналов.
По характеру изменения усиливаемого сигнала во
времени усилители делят на усилители медленно
изменяющихся сигналов, которые часто называют
усилителями постоянного тока, и усилители переменного
тока, подразделяемые на усилители низкой частоты,
высокой частоты, широкополосные, избирательные,
универсальные, многофункциональные и пр.

5. Структура усилителя

6. Использование обратных связей в усилителях

Обратной связью в усилителях называют явление
передачи сигнала из выходной цепи во входную.
Электрические цепи, обеспечивающие эту передачу,
носят название цепей обратной связи.

7. Усилительные каскады на биполярных транзисторах

Усилители электрических сигналов чаще всего
выполняют
на
биполярных
или
полевых
транзисторах, а также на электронных лампах,
туннельных диодах и других приборах, имеющих на
вольт-амперной
характеристике
участок
с
отрицательным дифференциальным сопротивлением.

8. Операционные усилители

Операционными
усилителями
называют
высококачественные усилители постоянного тока,
предназначенные для выполнения различных
операций над аналоговыми величинами при работе в
схеме с отрицательной обратной связью.

9. Условное обозначение операционных усилителей: а – без дополнительного поля; б – с дополнительными полями

10. Заключение

В результате выполнения курсового проекта были получены следующие
результаты:
-рассмотрены принцип работы, параметры, характеристики электронных
усилителей на основе биполярных транзисторов с их различным
включением в схемах;
-рассмотрены различные виды обратных связей в усилителях и
результаты их воздействия на работу электронных схем;
-рассмотрены параметры, характеристики операционных усилителей;
-выполнен расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе в
соответствии с техническим заданием;
-выполнен расчет усилителя на основе операционного усилителя в
соответствии с техническим заданием;
-выполнен расчет параллельного сумматора на операционном усилителе в
соответствии с техническим заданием;

Принцип работы усилителя: операционного, магнитного, вакуумного

Автор admin На чтение 6 мин. Просмотров 169

Что такое операционный усилитель? Усилители сигнала используются в радиотехнической промышленности в совокупности с слабосильными передатчиками. Грамотно подключенный усилитель позволяет повышать мощность сигнала в сотни, тысячи и десятки тысяч раз. Для того, чтобы разобраться в принципах работы этих устройств рассмотрим наиболее распространенные варианты: усилители операционные, вакуумные и магнитные.

• Операционный усилитель
• Базовая информация
• Принцип работы
• Вакуумные усилители.
• Диод и триод
• Сеточные токи
• Магнитные усилители
• Общие данные
• Принцип работы
• Какой усилитель лучше?

Операционный усилитель

Чтобы понять, что такое и как работает операционный усилитель, ознакомимся с базовой информацией о нем.

Схемы операционного усилителя

Базовая информация

Это продукт гением советской промышленности. По факту это наиболее распространенный в настоящий момент аппарат, поскольку он позволяет получить существенные усиления сигнала: порядка 40 – 50 тысяч. Что это значит? Если после передатчика идет сигнал мощностью 0,04 Вт, на выходе получится около 16 кВт. Актуально использование таки усилителей для больших радиостанций.

Для большей части радиолюбителей изучение принципов работы операционного усилителя не имеет смысла. Проще воспринимать этот прибор как черный ящик, который делает свое дело. Как именно? Большую часть людей это не волнует. Зато большое значение оказывает реальная польза устройства и умения по настройке прибора. Поэтому, разберем на пальцах основной принцип работы устройства, не углубляясь в дебри теории. Поскольку выкладок для объяснения работы операционного усилителя хватит на написание небольшой монографии.

Принцип работы

Принцип работы операционного усилителя следующий: в базовой комплектации усилитель имеет два входа: инверсионный и не инверсионный. В зависимости от способа подключения возможны следующие варианты работы устройства:

• Инвертирующий. Этот режим позволяет изменить полярность тока.
• Неинвертирующий. Этот режим отвечает за повышение численных параметров.
• Дифференционный. Это совмещенный режим, позволяющий одновременно изменить полярность и величину напряжения на входе. Однако при этом требуется подключение дополнительных источников питания.

Операционный усилитель можно считать примером простейшей автоматики. Большой функционал в итоге привел к появлению в составе прибора трех блоков, каждый из которых отвечает за свой режим работы. Само устройство представляет собой сеть мини транзисторов.

Вкратце работа прибора выглядит так: сравниваются токи на входе и параметры тока питания. Цель усилителя в данном случае: выровнять два сигнала, приведя их к некоторому общему значению. Для каждого из режимов существует своя схема подключения, которая помимо прибора включает в себя несколько резисторов, необходимых для работы прибора.

Вакуумные усилители.

Чтобы понять принцип работы вакуумного усилителя, необходимо вспомнить или изучить понятия диод и триод.

Вакуумный усилитель

Диод и триод

Чтобы говорить о принципах работы вакуумного усилителя, придется вспомнить, что такое диод и триод. Диодом в общем случае называют лампу, которая состоит из двух элементов: анода и катода. Анод подключается к положительному полюсу питания, катод к отрицательному. В итоге между двумя полюсами возникает разность потенциалов, проще говоря – напряжение. Лампа загорается.

В работе диода существует весомая проблема. Катод представляет собой трубку, в которую помещается анод. Электроны перебегают в вакуумном пространстве от катода к аноду. Отсюда и название усилителя – вакуумный. В результате образуется электронное облако, которое примерно 2/3 электронов отправляет обратно к катоду.

Здесь и кроется самый интересный момент истории с диодом: чтобы усилить электрический ток в диоде нужно установить третий элемент: управляющую сетку. Эта спираль, которая наматывается вокруг анода. На спираль подают небольшое отрицательное напряжение в несколько вольт. В результате спираль на малых расстояниях создает столь сильное поле, что все электроды потока катод-анод оседают на аноде. В результате мы имеем увеличение сигнала.

Сеточные токи

Однако, подобный усилитель имеет крайне большую проблему: при подаче на сетку не положительного, а отрицательного напряжения, электроды оседают на сетке. Этот случай называется запиранием. Ток может вообще прекратить свой путь к аноду, полностью перетекая в сетку. В условиях радиотехники это означает потерю сигнала.

Поэтому триодные вакуумные усилители используют только в условиях работы с отрицательным напряжением. В комплект к устройству в обязательном порядке подключают резистор с нагрузочным напряжением. Система из нескольких резисторов и вакуумного триода и называется вакуумным усилителем.

Интересно, что повышающий коэффициент устройства мал относительно операционной схем. Но далеко не всегда в радиотехнике требуется усиление сигнала в десятки тысяч раз. Для вакуумных усилителей нормой считаются значения в 200-300 раз.

Магнитные усилители

Это другой вид усилителя. Чтобы понять принцип работы магнитного усилителя, изучим все сведения о нем.

Магнитный усилитель

Общие данные

Принцип действия магнитных усилителей основан на способности ферромагнетиков издавать меньшее по силе магнитное поле при насыщении. Этот прибор представляет собой три катушки. Из них одна – центральная является управляющей, две другие – рабочими. Рабочие катушки подключаются к потребителю, управляющая к источники питания.

Свое распространение магнитные усилители получили благодаря огромному количеству положительных качеств:

• Дешевизне производства. Фактически любой любитель может дома изготавливать подобные конструкции в любых количествах.
• Чувствительности. Любое изменение микротока сразу же изменяет проходящий сквозь усилитель сигнал. Это достигается за счет взаимно связанных процессов электроиндукции в катушке.
• Пожаробезопасности. Усилитель представляет собой простой сердечник с медной обмоткой. Здесь банально нечему гореть.
• Широкий спектр рабочих значений. Усилитель может работать с параметрами от нескольких сотых Вт до нескольких сотен Вт.

Все это в совокупности делает магнитные усилители достаточно частым решением в радиотехнике средних и малых размеров.

Принцип работы

Предположим, что в нулевой момент времени, ток от абонента не поступает. В этом случае, сердечник управляющей обмотки находится в ненасыщенном состоянии. При этом сопротивление на управляемых катушкам максимально.

Как только сквозь боковые катушки начинает проходить сигнал от потребителя – ситуации меняется. Чем сильнее сигнал, тем выше насыщение центрального сердечника, тем меньшее магнитное поле он генерирует. Как результат в боковых сердечниках значительно уменьшается сопротивление, вызванное индукционными токами.

Уменьшение сопротивления приводит к росту силы тока. Таким образом и получается оказывать усиливающее действие за счет изменения магнитной насыщенности центрального сердечника.

Какой усилитель лучше?

В радиотехнике, как и в любой другой точной науке, нет ничего однозначно хорошего или однозначно плохого. Все зависит от конкретных условий. Нужно выбирать исходя из опыта радиолюбителя и потребностей машины. Ни к чему ставить сложный операционный усилитель на бытовые приемники. Зато сюда отлично подойдет вакуумное триодное устройство.

Однако в общем случае, все чаще выбирается магнитный усилитель, как наиболее оптимальный вариант, легкий в настройке и надежный в работе.

 

Операционный усилитель. Принцип работы и схемы включения.

Продолжаем изучать основы электроники на нашем сайте, и героем сегодняшней статьи будет еще одно замечательное устройство – а именно операционный усилитель. Сегодня разберемся, что это вообще такое, как он работает, ну и парочку основных схем по традиции разберем 🙂

Итак, по определению ОУ – это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большим коэффициентом усиления и несимметричным выходом. Теперь разберемся, что это значит…

ОУ имеет два входа и один выход. Один из этих входов называют неинвертирующим и обозначают на схемах плюсом, второй, соответственно, является инвертирующим. Так вот, напряжение на выходе ОУ определяется следующим образом:

U_{вых} = K(U_+\medspace-\medspace U_-)

K – это коэффициент усиления операционника, обычно он имеет значения порядка 100000 – 1000000. Из формулы видим, что в случае, когда сигналы на обоих входах ОУ равны, на выходе ноль. Если, например, потенциал инвертирующего входа (-) стал более положительным, чем потенциал неинвертирующего входа (+), то выходной сигнал изменится в отрицательном направлении. В этом и заключается работа операционного усилителя.

Помимо уже упомянутых входов и выхода ОУ имеет также выводы для подачи питания, и вот как выглядит его обозначение на принципиальных схемах:

Чаще всего в схемах на операционниках используется обратная связь, поскольку коэффициент усиления ОУ без обратной связи слишком уж велик 🙂 В замечательной книге Хоровица и Хилла приведены несколько, а точнее два правила, которые определяют как работает операционник в схемах с обратной связью.

• Итак, первое правило заключается в том, что входы ОУ не потребляют ток. Конечно, в реальности потребление все-таки есть, поскольку идеального ничего не бывает, но это потребление составляет единицы нА, а то и меньше.
• Второе правило заключается в том, что выход ОУ стремится к тому, чтобы разность напряжений между его входами была равна нулю. Вот эта формулировка мне, честно говоря, не слишком нравится. А суть тут заключается в том, что часть выходного напряжения через цепь обратной связи передается на вход и в результате этого потенциал обоих входов ОУ выравнивается.

Для того, чтобы разобраться в работе операционного усилителя, давайте рассмотрим пару-тройку схем. И начнем со схемы неинвертирующего усилителя (кстати на схемах порой опускают обозначение выводов для подачи питания на ОУ, мы, пожалуй, тоже так поступим 🙂 ):

Для начала определим, какое же значение напряжения мы получим на выходе, подав на вход U_{вх}. Как следует из второго правила – операционник с обратной связью “добьется” того, чтобы потенциалы входов выровнялись, а это значит, что:

U_- = U_{вх}

Но в то же время R_1 и R_2 образуют делитель напряжения и тогда:

U_- = \frac{U_{вых}\medspace R_1}{R_1\medspace+\medspace R_2}

Приравниваем эти два значения и получаем, что:

U_{вых} = U_{вх}\medspace (1 + \frac{R_2}{R_1})

K_{ус} = \frac{U_{вых}}{U_{вх}} = 1\medspace+\medspace\frac{R_2}{R_1}

Получили такой вот коэффициент усиления для неинвертирующего усилителя на операционном усилителе с обратной связью.

Давайте рассмотрим конкретный пример, чтобы еще лучше понять работу данной схемы. Пусть будут такие номиналы: R_2 = 10\medspace КОм , R_1 = 1\medspace КОм. На вход подадим 1 В. В этом случае напряжение на выходе ОУ начнет расти, поскольку (U_+\medspace-\medspace U_- > 0).

И расти оно будет до тех пор, пока потенциал на инвертирующем (-) выходе не станет равен 1 В (так как на неинвертирующем входе (+) у нас как раз-таки 1 В). Остается определить, при каком выходном значении напряжения, U_- будет равно 1 В. Входы ОУ ток не потребляют, значит ток протекает по цепи выход – R_2 – R_1 – земля:

I = \frac{U_{вых}}{R_1\medspace+\medspace R_2} = \frac{U_-}{R_1}

Из этого равенства без проблем определим U_{вых}, при значении U_- равном 1 В:

U_{вых} = U_-\frac{R_1\medspace+\medspace R_2}{R_1}

Подставив наши значения, получим U_{вых} = 11\medspace В. Это подтверждает верность выведенной нами ранее формулы U_{вых} = U_{вх}\medspace(1 + \frac{R_2}{R_1}) 🙂

С неинвертирующим усилителем разобрались, давайте рассмотрим еще одну схему – инвертирующий усилитель.

В принципе работает эта схема практически так же, как предыдущая. На неинвертирующем (+) входе потенциал земли, значит на инвертирующем тоже будет такой же потенциал. То есть:

U_- = 0

Не забываем, что ток входы ОУ не потребляют, а значит ток протекает по цепи выход – R_2 – R_1 – вход и равен он:

I = \frac{U_{вых}\medspace-\medspace U_-}{R_2} = \frac{U_-\medspace-\medspace U_{вх}}{R_1}

Отсюда нам остается только выразить U_{out} и определить коэффициент усиления цепи:

U_{вых} = -U_{вх}\medspace\frac{R_2}{R_1}

K_{ус} = -\frac{R_2}{R_1}

Сразу же становится понятно, почему усилитель называется инвертирующим 🙂 Сигналы на входе и на выходе разных знаков.

В завершение рассмотрим, пожалуй, еще одну небольшую схемку, а именно схему повторителя на операционном усилителе с обратной связью:

Если внимательно посмотреть на эту схему, то становится понятно, что это всего лишь неинвертирующий усилитель, у которого R_1 равно бесконечности, а R_2 равно нулю. Подставив эти значения в формулу для U_{out} получим:

U_{вых} = U_{вх}\medspace(1\medspace+\medspace\frac{R_2}{R_1}) = U_{вх}

Таким образом, напряжение на выходе повторяет сигнал на входе! Огромный плюс такого повторителя заключается в том, что его входной импеданс огромен, а выходной, напротив, мал.

Наверно, на этом сегодня закончим, а в следующей статье рассмотрим и проанализируем какие-нибудь схемки посложнее 🙂 До скорых встреч!

Что такое усилитель? — Определение с сайта WhatIs.com

От

Усилитель — это электронное устройство, которое увеличивает напряжение, ток или мощность сигнала. Усилители используются в беспроводной связи и радиовещании, а также в звуковом оборудовании всех типов. Их можно разделить на усилители слабого сигнала или усилители мощности .

Усилители слабого сигнала используются в основном в беспроводных приемниках. Они также используются в акустических звукоснимателях, магнитофонах и проигрывателях компакт-дисков.Усилитель слабого сигнала предназначен для работы с очень маленькими входными сигналами, в некоторых случаях измеряющими всего несколько нановольт (единицы 10 ^-9 вольт). Такие усилители должны генерировать минимальный внутренний шум при значительном увеличении напряжения сигнала. Наиболее эффективным устройством для этого применения является полевой транзистор. Спецификация, обозначающая эффективность усилителя слабого сигнала, — это , чувствительность , определяемая как количество микровольт (единиц 10 ^-6 вольт) входного сигнала, которые создают определенное соотношение выходного сигнала к выходному шуму (обычно 10 к 1).

Усилители мощности

используются в беспроводных передатчиках, широковещательных передатчиках и Hi-Fi аудиооборудовании. Наиболее часто используемым устройством для усиления мощности является биполярный транзистор. Однако электронные лампы, которые когда-то считались устаревшими, становятся все более популярными, особенно среди музыкантов. Многие профессиональные музыканты считают, что электронная лампа (известная как «клапан» в Англии) обеспечивает превосходную точность воспроизведения.

При усилении мощности следует учитывать два важных фактора: выходная мощность и эффективность .Выходная мощность измеряется в ваттах или киловаттах. Эффективность — это отношение выходной мощности сигнала к общей потребляемой мощности (потребляемая мощность источника питания или батареи). Это значение всегда меньше 1. Обычно оно выражается в процентах. В звуковых приложениях эффективность усилителей мощности составляет от 30 до 50 процентов. В передатчиках беспроводной связи и вещания КПД колеблется от 50 до 70 процентов. В усилителях мощности Hi-Fi аудио искажение также является важным фактором.Это мера того, в какой степени выходной сигнал является точным воспроизведением входного сигнала. Как правило, чем меньше искажение, тем лучше качество звука на выходе.

Последний раз обновлялся в сентябре 2005 г.

Усилитель

с его схемой, конструкцией, работой и применением

Усилитель можно рассматривать как базовое электронное устройство. Эти усилители существуют разных типов.На основании операций, выполняемых в различных режимах, и типов используемых конфигураций усилители классифицируются. Основная работа этих устройств заключается в усилении и увеличении мощности подаваемого входного сигнала.

Усилители можно классифицировать по различным категориям: это могут быть операционные усилители, усилители слабого сигнала и усилители большого сигнала или мощности. Эти устройства состоят из базового блока в виде транзисторов. Транзисторы работают в трех регионах. Среди этих трех областей транзистор работает в активной области, что делает его хорошим вариантом для усиления сигналов.

Что такое усилитель?

Усилитель — это устройство, основным компонентом которого является транзистор. Устройства, которые используются для усиления подаваемых входных сигналов и которые увеличивают мощность сигнала, могут быть определены как усилители. Например, в музыкальных плеерах или громкоговорителях эти усилители используются в различных устройствах для повышения мощности сигнала. Есть много практических примеров усилителей. Эти устройства используются даже для дальней связи или беспроводной связи.

Схема усилителя

Базовая схема усилителя состоит из транзистора любого типа, это может быть BJT, полевой транзистор или любой другой транзистор. Конструкция этой схемы усиления проста.

Схема усилителя с общим эмиттером

В приведенной выше схеме в конструкции усилителя была выбрана конфигурация с общим эмиттером. Схема состоит из схемы делителя потенциала, которая состоит из резисторов на входе, чтобы подаваемый входной сигнал проходил через эту схему.Входной сигнал подается через эмиттер и базовый переход. Выходной сигнал берется через терминал, называемый коллектором. Здесь эмиттер — это общий вывод, присутствующий как на входе, так и на выходе.

Конструкция усилителя

Рассмотрим базовую схему усилителя с биполярным переходным транзистором (BJT). BJT бывает двух разных типов N-P-N и P-N-P в зависимости от типа выбранного полупроводникового материала. В приведенной выше схеме мы рассмотрели общий эмиттер с типом N-P-N.Подключив резисторы ко входу и клемме эмиттера, необходимо также подключить резистор к выходу. Конденсаторы и наличие резистора в цепи заставляют транзистор смещаться должным образом. Как только это будет сделано, задача усиления сигнала станет более эффективной и простой.

Принцип работы усилителя

Основной принцип работы этих усилителей заключается в том, что подаваемый входной сигнал должен подаваться на переход, который должен быть смещен в прямом направлении.Выход может быть собран через переход обратного смещения. Точное измерение сигнала можно получить указанным выше способом.

Сторона входа, через которую подается сигнал, имеет низкое значение сопротивления. Минимальное изменение на входе может привести к резкому изменению на выходе.

Типы усилителей

В зависимости от размера разработанного усилителя и обработки усилители сигналов можно разделить на различные типы.Каждая классификация имеет свое значение. В зависимости от типа требования к сигналу была выбрана его классификация для соответствующей цепи. Выбранный сигнал может иметь большее или меньшее значение.

Тип сигнала	Конфигурация	Классификация	Рабочая частота
1. Если тип сигнала считается небольшим	Выбранный тип конфигурации общего эмиттера.	Усилитель класса A	Работает от постоянного тока (DC)
2. Если рассматриваемые сигналы имеют большой тип	Тип конфигурации может быть Common Base.	Усилитель класса B	Работает в диапазоне звуковых частот.
	Тип конфигурации может быть Общий коллектор.	Усилитель класса AB	Работает в диапазоне радиочастот
		Усилитель класса C	Работает в диапазонах VHF, SHF и UHF.

Обычно классификация основана на варианте сигнала. Если это слабый сигнал, то эти усилители можно использовать для предварительного усиления сигналов или в качестве инструментальных усилителей. В то время как при большом усилении сигналов мощность должна управлять нагрузкой. Следовательно, они известны как усилители мощности. Они подключены к выходным каскадам. На практических примерах это видно на выходных каскадах громкоговорителей.

Усилители можно выбрать в зависимости от его рабочих частотных диапазонов.Каждый усилитель в зависимости от его рабочей частоты можно разделить на различные классы. Усилители, используемые для усиления звука, классифицируются в алфавитном порядке классов. Классификация характеризуется на основе применяемых входных и выходных отношений и их характеристик.

Применение усилителей

Существуют различные практические усилители, которые имеют очень важное применение. Некоторые из применений усилителей:

1. Звуковые усилители

Низкие значения сигналов, которые генерируются микрофонами или любыми дисками и т. Д.… Усиливаются с помощью усилителей напряжения.Помимо этого, усилители известны тем, что выполняют различные функции, такие как эквалайзеры, корректор тона и так далее.

2. Промежуточная частота усилителей

Известно, что эти усилители работают в среднечастотных диапазонах. Они действуют как тюнеры в схемах радиоприемников, телевизоров и так далее. Цель таких усилителей — обеспечить основные значения усиления сигналов в телевизоре и радаре до того, как информация, передаваемая сигналами, будет отделена от сигналов радио.

3. Радиочастотные усилители

Они дают очень низкий уровень шума и предпочтительны в качестве токарных станков. Они предпочтительны на начальных этапах работы приемников. Они используются для управления антеннами соответствующего передатчика.

4. Ультразвуковые усилители

В этом случае усилитель работает в диапазоне ультразвуковых волн. Практические примеры этого можно увидеть в ультразвуковом сканировании для диагностических служб.Они также используются в системах дистанционного управления. Но ограничение в том, что система должна работать в диапазоне ультразвуковых частот.

5. Усилители с прямой связью

Для усиления частотных сигналов с самыми низкими значениями. Выходной сигнал, полученный на одном этапе, соединяется с другим, так что частота сигнала увеличивается. В системах, предназначенных для измерения, и в различных системах управления используются усилители такого типа.

Выше приведены некоторые применения усилителей. Конструкция усилителей проста и удобна в изготовлении. У них много преимуществ в области электроники. Различные типы усилителей могут использоваться в различных конфигурациях. Для каждого приложения существуют разные типы усилителей. Можете ли вы сказать мне, для какого типа усилителя предпочтительны операционные усилители?

Усилители | Усилители и активные устройства

Практические преимущества активных устройств

Практическая польза от активных устройств заключается в их усилительной способности .Независимо от того, управляется ли рассматриваемое устройство напряжением или управляемым током, количество мощности, требуемой для управляющего сигнала, обычно намного меньше, чем количество мощности, доступное в управляемом токе. Другими словами, активное устройство не просто позволяет электричеству управлять электричеством; это позволяет малому количеству электроэнергии управлять большим количеством электроэнергии.

Из-за этого несоответствия между , управляющим мощностью , и управляемой мощностью , активные устройства могут использоваться для управления большим количеством мощности (управляемой) путем приложения небольшого количества мощности (управление).Такое поведение известно как усиление .

Закон сохранения энергии в машинах

Это фундаментальное правило физики, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Формально это правило известно как Закон сохранения энергии, и на сегодняшний день не было обнаружено никаких исключений из него. Если этот Закон верен — а подавляющая масса экспериментальных данных предполагает, что это так, — тогда невозможно построить устройство, способное принимать небольшое количество энергии и волшебным образом преобразовывать ее в большое количество энергии.Все машины, включая электрические и электронные схемы, имеют верхний предел эффективности 100 процентов. В лучшем случае выходная мощность равна входной мощности, как показано на рисунке ниже.

Выходная мощность машины может приближаться, но никогда не превышать, потребляемой мощности для 100% эффективности в качестве верхнего предела.

Обычно машины не могут даже соответствовать этому пределу, теряя часть своей входящей энергии в виде тепла, которое излучается в окружающее пространство и, следовательно, не является частью выходного потока энергии.(Рисунок ниже)

Реалистичная машина чаще всего теряет часть своей входной энергии в виде тепла при преобразовании ее в выходной поток энергии.

Вечный двигатель

Многие люди безуспешно пытались спроектировать и построить машины, которые производят больше мощности, чем они потребляют. Такая машина с вечным двигателем не только доказала бы, что Закон сохранения энергии не был законом, но и приведет к технологической революции, какой мир никогда не видел, поскольку она могла бы приводить себя в действие по круговому циклу и генерировать избыточную энергию «бесплатно».(рисунок ниже)

Гипотетический «вечный двигатель» работает сам по себе?

Несмотря на значительные усилия и множество недобросовестных заявлений о «бесплатной энергии» или сверх единичных машин , ни одна из них никогда не проходила простой тест на получение собственной энергии и выработки энергии в резерве.

Усилители

Однако существует класс машин, известных как усилители , которые могут принимать сигналы малой мощности и выходные сигналы гораздо большей мощности.Ключ к пониманию того, как усилители могут существовать без нарушения закона сохранения энергии, заключается в поведении активных устройств.

Поскольку активные устройства имеют возможность управлять большим количеством электроэнергии с помощью небольшого количества электроэнергии, они могут быть скомпонованы в схему так, чтобы дублировать форму мощности входного сигнала из большего количества энергии, подаваемой внешний источник питания. Результатом является устройство, которое, кажется, волшебным образом увеличивает мощность небольшого электрического сигнала (обычно формы волны переменного напряжения) в форму волны идентичной формы большей величины.

Закон сохранения энергии не нарушается, потому что дополнительное питание подается от внешнего источника, обычно от батареи постоянного тока или аналогичной. Усилитель не создает и не разрушает энергию, а просто преобразует ее в желаемую форму волны, как показано на рисунке ниже.

Хотя усилитель может масштабировать малый входной сигнал до большого выходного сигнала, его источником энергии является внешний источник питания.

Другими словами, поведение активных устройств по управлению током используется для преобразования мощности постоянного тока от внешнего источника питания в форму волны той же формы, что и входной сигнал, создавая выходной сигнал такой же формы, но с другой (большей) величиной мощности.Транзистор или другое активное устройство в усилителе просто формирует большую копию формы волны входного сигнала из «необработанной» мощности постоянного тока, обеспечиваемой батареей или другим источником питания.

Ограничения усилителей

Усилители

, как и все машины, имеют ограниченную эффективность до 100 процентов. Обычно электронные усилители намного менее эффективны, чем они, рассеивая значительное количество энергии в виде отработанного тепла. Поскольку эффективность усилителя всегда составляет 100 процентов или меньше, его никогда нельзя заставить работать как устройство «вечного двигателя».

Требование внешнего источника питания является общим для всех типов усилителей, электрических и неэлектрических. Типичным примером неэлектрической системы усиления может быть усилитель рулевого управления в автомобиле, усиливающий силу рук водителя при повороте рулевого колеса для перемещения передних колес автомобиля. Источником энергии, необходимой для усиления, является двигатель. Активным устройством, управляющим «входным сигналом» водителя, является гидравлический клапан, передающий гидравлическую энергию от насоса, прикрепленного к двигателю, к гидравлическому поршню, помогающему движению колеса.Если двигатель перестает работать, система усиления не может усилить силу руки водителя, и автомобиль становится очень трудно повернуть.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Инструментальный усилитель

— принцип работы, применение, преимущества

Инструментальный усилитель

(In-Amp) является основным компонентом каждого измерительного прибора и испытательного оборудования. Инструментальный усилитель — это тип дифференциального усилителя, который обеспечивает высокое подавление синфазного сигнала.Инструментальный усилитель доступен в форме интегральной схемы, а также может быть построен с использованием операционных усилителей и резисторов с очень низким значением допуска, называемых прецизионными резисторами. Этот пост предоставит вам лучшее понимание того, что такое инструментальный усилитель, его принцип работы, применения, преимущества и недостатки.

Что такое инструментальный усилитель Инструментальные усилители

в основном используются для усиления небольших дифференциальных сигналов.Инструментальный усилитель обеспечивает наиболее важную функцию подавления синфазного сигнала (CMR). Он подавляет любые сигналы с одинаковым потенциалом на обоих входах. Сигналы, которые имеют разность потенциалов между входами, усиливаются.

Инструментальный усилитель (In-Amp) используется для низкочастотных сигналов (± 1 МГц) для обеспечения большого усиления. Он усиливает входной сигнал, подавляя синфазный шум, присутствующий во входном сигнале.

Фиг.1 — Введение в инструментальный усилитель

Обычно типичная конфигурация инструментального усилителя состоит из трех операционных усилителей и нескольких резисторов. Для достижения наивысшего коэффициента подавления синфазного сигнала (CMRR) используются высокоточные резисторы (допуск 0,1% или лучше).

На рисунке 2 ниже показаны конфигурация контактов и физический вид IC, AD620 In-Amp (инструментальный усилитель). Это был промышленный стандарт, высокопроизводительный и недорогой усилитель. Он полностью монолитен и доступен как в 8-выводном корпусе DIP, так и в корпусе SOIC.Пользователь может получить любое желаемое усиление от 1 до 1000, используя один внешний резистор. По конструкции номиналы фиксированного резистора для коэффициентов усиления 10 и 100 являются стандартными значениями металлопленочного резистора 1%.

Рис.2 — (a) Конфигурация контактов (b) Инструментальный усилитель AD620

Принцип работы инструментального усилителя

На рисунке 3 ниже представлена ​​конфигурация инструментального усилителя с использованием двух операционных усилителей, где V1 и V2 — входные напряжения, а V01, Vo2 — выходы операционных усилителей 1 и 2 соответственно.R1, R2, R3 — резисторы, а выходной каскад инструментального усилителя — это дифференциальный усилитель, выход которого V _out представляет собой усиленную разность входных сигналов.

Входы двух буферных операционных усилителей не потребляют ток, и, следовательно, падение напряжения на Rg пропорционально дифференциальному напряжению V1 и V2. Это создает ток, который полностью проходит через резисторы R, и создаваемое напряжение действует как вход в дифференциальный усилитель или схему вычитания.

Все резисторы, кроме Rg, равны. Rg может быть внешним резистором, подключенным к двум контактам ИС. Если контакты не подключены, то коэффициент усиления усилителя равен 1, но предпочтительно различные коэффициенты усиления могут быть получены путем подключения резистора соответствующего номинала. В качестве альтернативы, на микросхеме может быть изготовлено несколько резисторов для получения коэффициентов усиления 1, 10, 100 и 1000.

Рис.3 — Конфигурация инструментального усилителя

Подобно схеме операционного усилителя, усилители входного буфера (операционный усилитель 1 и операционный усилитель 2) инструментального усилителя пропускают синфазный сигнал с единичным усилением.Сигнал усиливается обоими буферами. Выходные сигналы из двух буферов подключаются к секции вычитания инструментального усилителя. Дифференциальный сигнал усиливается с низким коэффициентом усиления или единицей, а синфазное напряжение ослабляется.

Потенциал в узле A представляет собой инвертирующее входное напряжение V ₁ . Исходя из концепции виртуального короткого замыкания, потенциал в узлах B и G также равен V ₁ . Потенциал в узле D — это неинвертирующее входное напряжение V ₂ .Следовательно, потенциал в узлах C и H также равен V ₂ .

Ток I через резисторы R ₁ , R _{, усиление} и R ₁ остается прежним, так как в идеале ток на входном каскаде операционных усилителей равен нулю.

Применение закона Ома между узлами E и F

I = (V _o1 -V _o2 ) / (R ₁ + R _{усиление} + R ₁ )

I = (V _o1 -V _o2 ) / (2R ₁ + R _{усиление} )

Поскольку на вход операционных усилителей 1 и 2 нет тока, ток I между узлами G и H может быть задан как

I = (V _G -V _H ) / R _{усиление} = (V ₁ -V ₂ ) / R _{усиление}

Выходной сигнал дифференциального усилителя определяется как: —

.

V _o = (R ₃ / R ₂ ) (V _o1

9034

9030

Теоретически это означает, что конечный пользователь может получить желаемое усиление на входе без увеличения синфазного усиления и ошибки.То есть дифференциальный сигнал будет увеличиваться на усиление, и, таким образом, CMRR прямо пропорционален усилению.

Применение инструментального усилителя

Области применения инструментального усилителя:

• Они широко используются в биомедицинских приложениях, таких как ЭКГ и ЭЭГ.
Инструментальные усилители
• используются там, где важна долговременная стабильность, например, в промышленных приложениях, включая автоматизацию.
Приборные усилители
• объединены с датчиками давления в системах взвешивания для контроля различных физических величин, таких как вес, сила, давление, смещение и крутящий момент.
• Они используются в игровой индустрии.
Инструментальные усилители
• также используются в переносных батареях.

Преимущества инструментального усилителя

Преимущества инструментального усилителя:

• Напряжение смещения минимизировано.
• Коэффициент усиления по напряжению высокий, поскольку в конфигурации используются высокоточные резисторы.
• Коэффициент усиления схемы можно изменять, используя резистор определенного номинала.
• Нелинейность очень низкая.Это внутреннее ограничение производительности устройства, которое не может быть устранено внешней регулировкой, но может быть разработано только производителем.
• Входное сопротивление очень высокое, чтобы избежать перегрузки источника входного сигнала, а выходное сопротивление очень низкое.
• Подавление синфазного сигнала очень велико.

Недостаток инструментального усилителя

Самым большим недостатком инструментального усилителя является возникновение шума при использовании для передачи на большие расстояния.

  Также читают:
   Что такое предохранитель - символы, характеристики, типы, применение и преимущества 
  Оптоэлектроника - оптоэлектронные устройства, приложения и перспективы на будущее 
 Цветовые коды проводки  - коды США, Великобритании, Европы и Канады, когда применять 
 

Лакшми — B.E (Электроника и связь) и имеет опыт работы в RelQ Software в качестве инженера-испытателя и HP в качестве руководителя службы технической поддержки. Она является автором, редактором и партнером Electricalfundablog.

Что такое операционный усилитель?

Введение в операционные усилители ABLIC

1. Что такое операционный усилитель (операционный усилитель)?

Операционный усилитель — это интегральная схема, которая может усиливать слабые электрические сигналы.
Операционный усилитель имеет два входных контакта и один выходной контакт. Его основная роль заключается в усилении и выводе разности напряжений между двумя входными контактами.

2. Возможности операционного усилителя

Операционный усилитель не используется в одиночку, он предназначен для подключения к другим схемам для выполнения самых разнообразных операций. В этой статье приведены несколько типичных примеров использования схем с операционными усилителями.

● Обеспечивает существенное усиление входного сигнала.

Когда операционный усилитель объединен со схемой усиления, он может преобразовывать слабые сигналы в сильные. Он ведет себя как мегафон, где входным сигналом является голос человека, а мегафон — это схема операционного усилителя. Например, такая схема может использоваться для усиления сигналов датчиков минут.
Обработка сигналов датчиков может быть дополнительно улучшена путем ввода усиленного сигнала в блок микроконтроллера * (MCU).
* Микроконтроллер… Компактный компьютер для управления электронными устройствами. Как мозг электронных устройств, микроконтроллеры работают в соответствии с входными сигналами.

● Позволяет устранить шум из входного сигнала

Работая в качестве фильтра входных сигналов, схема операционного усилителя может извлекать сигнал с заданной частотой. Например, когда схема операционного усилителя используется для распознавания голоса или в диктофоне, она может извлекать частоты, близкие к целевой звук, при этом все остальные частоты не рассматриваются как шум.Схема операционного усилителя может быть настроена для выполнения широкого диапазона функций, таких как арифметические операции или синтез сигналов.

3. Применение операционных усилителей

Как отмечалось выше, операционный усилитель практически никогда не используется отдельно. Подключив резисторы или конденсаторы, вы можете сконфигурировать схему, способную усиливать сигнал, фильтровать или выполнять арифметические операции схемы, описанные в «2. На что способен операционный усилитель ».

(1) Операции внутреннего операционного усилителя

Ниже описаны операции, выполняемые операционным усилителем в схеме. Давайте посмотрим, как операционный усилитель ведет себя в схеме усилителя, на примере схемы неинвертирующего усилителя. В дополнение к этому простому расчету при настройке схемы необходимо учитывать характеристики операционного усилителя. Этот момент описан далее в этом разделе в разделе «4. Выбор рабочего усилителя и объяснение терминов.”

(2) Примеры схем

Здесь мы описываем некоторые типичные применения операционных усилителей.

[Схема неинвертирующего усилителя]

Как объяснено в (1), это также схема для усиления и вывода входных сигналов.

[Схема инвертирующего усилителя]

Инвертирующая схема усилителя обозначена знаком минус. Если напряжение V _IN увеличивается, напряжение V _OUT уменьшается.

[Цепь повторителя напряжения]

Это схема неинвертирующего усилителя, в которой R2 замкнут накоротко (R2 = 0 Ом), а R1 разомкнут (R1 = бесконечность). Поскольку V _OUT = (1 + R2 / R1) × V _IN = (1 + 0Ω / ∞) × V _IN = V _IN , выходное напряжение равно входному сигналу. Повторитель напряжения используется в качестве буферной схемы для преобразования импеданса или для разделения цепей.

[Схема дифференциального усилителя]

Это схема для усиления и вывода разницы между двумя входными сигналами.

4. Выбор рабочего усилителя и объяснение терминов

Здесь мы будем использовать операционный усилитель ABLIC S-89630A в качестве примера того, какие элементы следует проверять при выборе операционного усилителя и объяснения характеристик операционного усилителя.

(1) Проверить рабочее напряжение.

[Диапазон рабочего напряжения источника питания]
Это диапазон рабочего напряжения источника питания на выводе VDD.Убедитесь, что напряжение источника питания находится в пределах диапазона рабочего напряжения операционного усилителя.

[Диапазон синфазного входного напряжения]
Диапазон напряжения сигнала, который может быть приложен к входным контактам. Операционный усилитель будет работать, пока входной сигнал находится в этом диапазоне. Операционный усилитель, диапазон синфазного входного напряжения которого охватывает V _SS — V _DD , называется «Операционный усилитель с входом Rail-to-Rail»; то есть операционный усилитель с отличным диапазоном входного напряжения сигнала.

(2) Проверьте частоту входного сигнала.

[Произведение на ширину полосы пропускания]
Определяет максимальную частоту, до которой операционный усилитель может усилить сигнал. Максимальная частота зависит от коэффициента (усиления), который вы используете для усиления сигнала. При коэффициенте усиления, равном единице (= 0 дБ), сигнал может быть усилен до максимальной частоты, так называемого произведения коэффициента усиления на ширину полосы частот.

График справа показывает, что при усилении, равном единице (= 0 дБ), максимальная частота, которую позволяет усиление использовать S-89630A, равна 1.2 МГц, а при усилении 10 (= 20 дБ) максимальная частота составляет 120 кГц. Убедитесь, что максимальная частота, до которой вы хотите усилить, находится в пределах диапазона коэффициента, с которым вы хотите усилить.

(3) Проверьте потребление тока.

[Потребление тока]
Указывает текущее значение, полученное с вывода VDD. Чем ниже это значение, тем больше вы можете снизить мощность системы. Обычно операционный усилитель с низким потреблением тока имеет также низкую частоту полосы пропускания усиления.

(4) Проверить точность усиления сигнала.

[Входное напряжение смещения]
Входное напряжение смещения представляет собой преобразование напряжения ошибки, генерируемого на выходе, во входное значение, когда входное напряжение равно 0 В. Это важный атрибут, влияющий на точность усиления операционных усилителей. Обычно, когда амплитуда напряжения входного сигнала порядка мВ, требуется входное напряжение смещения порядка мкВ. Это заставляет выбирать «операционный усилитель с дрейфом нуля » для обработки таких крошечных напряжений смещения.

5. Что такое усилитель с нулевым дрейфом?

Усилитель с нулевым дрейфом — это операционный усилитель, который сводит к минимуму входное напряжение смещения и дрейф входного напряжения смещения (0). Выбор операционного усилителя с нулевым дрейфом является высокоэффективным решением для приложений, требующих высокоточного усиления сигнала.

Усилитель с нулевым дрейфом ABLIC

ABLIC имеет операционные усилители с нулевым дрейфом серий S-89630A и S-89713 для общего использования, а также усилители с нулевым дрейфом S-19630A и S-19611A для автомобильного использования.

S-89630A (для общего использования) и S-19630A (для автомобильного использования) операционный усилитель обеспечивает работу с нулевым дрейфом, работу в широком диапазоне напряжений (4,0 — 36 В) и низкие атрибуты напряжения смещения.

Серия

S-89713 (для общего использования) и S-19611A (для автомобильного использования) обеспечивает работу с автоматическим дрейфом нуля при работе при низком напряжении от 2,65 В и с низкими характеристиками напряжения смещения. Мы также предлагаем серию S-89713 (для общего использования) в сверхкомпактном корпусе (SNT-8A: 1,97 x 2.Размер 46 мм).

Если вам нужен операционный усилитель с нулевым дрейфом, настоятельно рекомендуются операционные усилители ABLIC.

Таблица выбора операционных усилителей

Представление операционного усилителя ABLIC

Как работают операционные усилители?

Загрузить статью в формате .PDF

Хотя иногда это считается само собой разумеющимся, разработчики не должны упускать из виду сложности операционных усилителей с обратной связью по напряжению и току — неотъемлемых элементов аналогового и смешанного сигналов.Операционные усилители усиливают крошечные сигналы от датчиков, поэтому аналого-цифровые преобразователи (АЦП) могут оцифровывать их. Они также позволяют создавать активные фильтры с лучшими характеристиками, чем фильтры, построенные только из катушек и конденсаторов. Хотя схема ИС операционного усилителя имеет тенденцию быть тонкой и сложной, принципы ее применения — по крайней мере в первом приближении — относительно просты.

Определение операционного усилителя

Операционный усилитель или ОУ обычно состоит из каскада дифференциального входа с высоким входным сопротивлением, каскада промежуточного усиления и двухтактного выходного каскада с низким выходным сопротивлением (не более 100 Ом) (рис.1) .

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f9d7» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 0912 Web E Eopamps Рис. 1 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/10/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_09121.WebEEngasFigto = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%
1. Основными характеристиками операционного усилителя являются высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс и высокий коэффициент усиления без обратной связи.Все они вносят свой вклад в возможность управления усилением с обратной связью и входным сопротивлением.

Коэффициент усиления по напряжению разомкнутого контура очень высокий, порядка 1 миллиона. Каскад дифференциального входа подразумевает инвертирующий и неинвертирующий вход. Благодаря двойному (положительному и отрицательному) источникам питания он может обрабатывать входные сигналы, которые не обязательно связаны с землей.

На практике операционные усилители всегда используются с отрицательной обратной связью. То есть выход возвращается на инвертирующий вход через некоторое сопротивление.Кроме того, операционные усилители могут быть оптимизированы для конкретных приложений, подчеркнув различные рабочие характеристики (см. Таблицу) .

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f9d9» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 0912 Web Ee Opamps Таблица 1 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/10/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_0912_WebEE_OpampsTable_1.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

Отрицательная обратная связь управляет усилением, поведение в частотной области

Отношение выходного импеданса к входному импедансу определяет коэффициент усиления операционного усилителя, который использует отрицательную обратную связь (рис. 2) . Если одно из этих импедансов является реактивным (практически, если это импеданс емкостной обратной связи) и имеется чисто резистивный входной импеданс, коэффициент усиления A определяется по формуле:

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f9db» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 0912 Web E Eopampstext Уравнение 1 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/10/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_0912WebEEopampstext_Equation_1.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed]-caption =» »

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f9dd» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 0912 Web E Eopamps Fig2all «data-embed-src =» https: //img.electronicdesign.com / files / base / ebm / electronicdesign / image / 2012/10 / www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_0912WebEEopampsFig2all.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%.

В этом случае характеристика усиления зависит от частоты. С точки зрения частотной области схема представляет собой фильтр нижних частот. Во временной области выходной сигнал схемы является интегралом входного сигнала. Также умножается кажущаяся емкость цепи. Просто изменяя входное сопротивление, становится легко построить схему с выходным напряжением, равным 0.1, 1 или 10 интеграл входного напряжения.

Входное смещение / смещение и общий режим

Фактические входные каскады могут быть подвержены ошибкам смещения и смещения. (Рис. 3) . Входные токи смещения (порядка наноампер) текут, потому что входной импеданс конечен, и они в конечном итоге влияют на линейность. Разработчики операционных усилителей могут найти компромисс между более высокими токами смещения в пользу более высоких скоростей. Смещение представляет собой разницу напряжений, вызванную изменением токов смещения на двух входах.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f9df» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 0912 Web E Eopamps Рис. 3 1 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/10/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_0912WebEEopampsFig format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%
3. Входные токи смещения, влияющие на линейность, присутствуют, потому что входное сопротивление не бесконечно.Смещение напряжения отражает любую разницу между токами смещения на двух входах.

Реальные операционные усилители также имеют ограничения по максимально допустимому входному напряжению. Такое допустимое синфазное колебание обычно падает ниже напряжения питания. Некоторые операционные усилители рассчитаны на перепады входного напряжения между питанием от шины питания (или почти с питанием от шины).

Операционные усилители с обратной связью по напряжению и току

Существуют практические различия между топологиями операционных усилителей с обратной связью по напряжению и по току, как в том, как они построены, так и в том, как они используются.

Усилители с обратной связью по напряжению (VFB) фактически управляют выходным напряжением с помощью каскада усиления по напряжению (рис. 4) . Разность напряжений между двумя входами умножается на безразмерную константу усиления (A). В усилителе VFB с отрицательной обратной связью выходной сигнал изменяется, чтобы довести разность напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входом до нуля.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f9e1» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 0912 Web E Eopamps Рис4 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/10/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_0912WebEEopampsFig4.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed-caption =» «aF50-caption =». Каскад по напряжению-усилению, в котором константа усиления (A) умножает напряжение на входах.

Идеальный VFB должен обладать очень большим коэффициентом усиления холостого хода, который не зависит от входной частоты. Однако в реальном VFB коэффициент усиления разомкнутого контура велик на постоянном токе, но падает на 6 дБ / октаву (рис.5) . По мере уменьшения коэффициента усиления без обратной связи коэффициент усиления ОУ с отрицательной обратной связью падает ниже отношения R _F / R _I . Когда коэффициент усиления холостого хода равен R _F / R _I , общее усиление схемы будет вдвое меньше его значения по постоянному току. Это называется шириной полосы по уровню –3 дБ.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f9e3» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 0912 Web E Eopamps Рис5 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/10/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_0912WebEEopampsFig5.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed-caption =» «]} усиление разомкнутого контура велико при постоянном токе. Выше этого значения оно спадает на уровне 6 дБ / октаву. Произведение коэффициента усиления и ширины полосы частот, произведение коэффициента усиления на ширину полосы, является постоянным на большей части частотного диапазона схемы усилителя.

Для большей части частотного диапазона произведение коэффициента усиления и ширины полосы, или произведение коэффициента усиления и ширины полосы пропускания (GBP), становится постоянным.Следовательно, для любого реального усилителя VFB можно спроектировать схему с высоким коэффициентом усиления или широкой полосой пропускания, но не то и другое вместе.

С топологической точки зрения два ключевых фактора отличают усилители с обратной связью по току (CFB) от их аналогов с VFB. Во-первых, буфер с единичным усилением находится между неинвертирующим входом и инвертирующим входом (фиг. 6). Буфер обычно имеет очень высокий входной импеданс и очень низкий выходной импеданс.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee20f9e5» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 0912 Web E Eopamps Рис6 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/10/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_0912WebEEopampsFig6.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed-caption =» a CFB-caption = «6. буфер с единичным усилением на входе. Выходное напряжение — это ток, протекающий между входами, умноженный на передаточное сопротивление.

Буфер влияет на характеристики разомкнутого контура CFB по-разному:

• Очень высокое входное сопротивление на неинвертирующем входе
• Очень низкий входной импеданс на инвертирующем импедансе
• Очень низкий выходной импеданс

Второе отличие состоит в том, что в CFB передаточная функция, работающая с током, протекающим через буфер между входами, в основном управляет выходным напряжением.Передаточное сопротивление (Z) умножает этот ток.

В CFB с отрицательной обратной связью сигнал с выхода будет пытаться сбросить ток ошибки до нуля. Это иначе известно как «текущая обратная связь».

Важно отметить, что усилители CFB не имеют ограничений полосы пропускания усиления, чем усилители VFB. Вместо этого усилитель CFB ограничивает размер импеданса обратной связи, который указывается как значение сопротивления в таблицах данных.

В идеальном случае усиление напряжения в усилителе CFB (и в усилителях VFB) по-прежнему определяется отношением сопротивления обратной связи к входному сопротивлению.Но для реальных усилителей коэффициент усиления спадает с увеличением частоты. Следовательно, размер резистора обратной связи влияет на частотную характеристику, что в конечном итоге ограничивает диапазон возможных значений R _F .

На практике полоса пропускания усилителя CFB немного зависит от усиления, хотя и не так сильно, как у операционных усилителей VFB. В основном это связано с ненулевым выходным импедансом входного буфера, который влияет на усиление контура и, следовательно, на динамику замкнутого контура.

В отличие от усилителей VFB, операционные усилители CFB не имеют ограничения скорости нарастания напряжения.Только R _F будет управлять переходной характеристикой CFB, как и в случае с частотной характеристикой. Точно так же требуется очень мало времени (наносекунды или меньше), чтобы выходной сигнал усилителя CFB установился в пределах 0,1% от его конечного значения.

CFB Ограничения

Почему инженеры продолжают разрабатывать схемы с усилителями VFB, учитывая их преимущества в отношении усиления в полосе пропускания? Во-первых, VFB предлагают более низкий уровень шума и лучшую производительность по постоянному току, чем операционные усилители CFB. Во-вторых, усилители VFB можно использовать в качестве интеграторов, просто используя конденсатор в качестве импеданса обратной связи.Напротив, операционные усилители CFB не должны иметь прямой емкости между выходом и инвертирующим входом. Есть обходные пути, но они усложняют схему.

Характеристики операционного усилителя

В технических описаниях операционных усилителей с обратной связью по напряжению

указаны пять различных коэффициентов усиления: коэффициент усиления без обратной связи или A _VOL (который может составлять 160 дБ или выше без отрицательной обратной связи), коэффициент усиления с обратной связью, коэффициент усиления сигнала, коэффициент усиления шума и коэффициент усиления петли.

Коэффициент усиления контура — это разница между коэффициентом усиления разомкнутого и замкнутого контура или общий коэффициент усиления через усилитель и обратно на вход через сеть обратной связи.Он включает усиление сигнала и усиление шума. Коэффициент усиления сигнала — это коэффициент усиления входного сигнала, в то время как коэффициент усиления шума отражает входное напряжение смещения и шум напряжения операционного усилителя на выходе.

Таблица данных также покажет различные измерения искажений. Общие гармонические искажения (THD) и THD + N (THD плюс шум) являются измерениями искажений, генерируемых входом однотональной синусоидальной волны. Интермодуляционные искажения (IMD) — это измерение динамического диапазона, создаваемого взаимодействием двух тонов.Точка перехвата третьего порядка (IP3) измеряет влияние интермодуляционных искажений третьего порядка.

Другие характеристики включают точку сжатия 1 дБ. Он представляет уровень входного сигнала, при котором выходной сигнал сжимается на 1 дБ от идеальной передаточной функции входа / выхода. Это определяет конец динамического диапазона усилителя.

Отношение сигнал / шум (SNR) также определяет динамический диапазон. Он измеряет (в дБ) максимальный уровень сигнала до среднеквадратичного уровня минимального шума.

В ВЧ-работе важными характеристиками являются коэффициент шума и коэффициент шума.Коэффициент шума связывает шум, создаваемый усилителем, с тепловым шумом резистора 50 Ом при комнатной температуре. Коэффициент шума — это коэффициент шума, выраженный в дБ; то есть 10 × log ₁₀ (коэффициент шума).

Артикулы:

1. Юнг, Уолт, «История операционных усилителей».
2. Малиняк, Дэвид, «Среда онлайн-дизайна проясняет загадки операционного усилителя», Electronic Design, 19 января 2004 г.

Усилители

• Раздел 1.0 Основы усилителя.
• • Типовые функции усилителей в электронных системах.
• • Графические изображения усилителей.
• • Применение усилителя и типы сигнала.
• Раздел 1.1 Параметры усилителя.
• Типовые параметры усилителя.
• • Коэффициент усиления, частотная характеристика, полоса пропускания, входное и выходное сопротивление, фазовый сдвиг, обратная связь.
• Раздел 1.2 Смещение класса А.
• • Биполярный транзистор с общим эмиттером и общий источник смещения полевого транзистора.
• • Эмиттер, постоянный ток и стабилизация температуры.
• • Предвзятость класса А.
• • Общие входные и выходные характеристики эмиттера.
• Раздел 1.3 Усиление и децибелы.
• • Усиление.
• • Логарифмические весы.
• • Определение напряжения и мощности в дБ.
• • Общие значения в дБ.
• Раздел 1.4 Пропускная способность.
• • Типичные кривые отклика.
• • Факторы, влияющие на пропускную способность.
• Раздел 1.5 Тест по основам усилителя.
• • Проверьте свои знания об усилителях

Введение в усилители

Усилитель используется для увеличения амплитуды формы сигнала без изменения других параметров формы волны, таких как частота или форма волны.Они являются одной из наиболее часто используемых схем в электронике и выполняют множество функций во многих электронных системах.

Рис. 1.0.1 Общий символ усилителя, используемый в схемах системы

Общий символ усилителя показан на Рис. 1.0.1. Символ не дает подробных сведений о типе описываемого усилителя, но можно предположить направление потока сигнала (как поток слева направо на диаграмме). Усилители разных типов также часто описываются в системных или структурных схемах по именам.

Усилители в составе больших электронных систем

Например, посмотрите на блок-схему аналогового ТВ-приемника на Рис. 1.0.2 и посмотрите, сколько отдельных каскадов (затененных зеленым), составляющих телевизор, являются усилителями. Также обратите внимание, что названия указывают на тип используемого усилителя. В некоторых случаях показанные блоки являются настоящими усилителями, а в других усилитель имеет дополнительные компоненты для модификации базовой конструкции усилителя для специальных целей. Этот метод использования относительно простых отдельных электронных схем в качестве «строительных блоков» для создания больших сложных схем является общим для всех электронных систем; даже компьютеры и микропроцессоры состоят из миллионов логических вентилей, которые представляют собой просто специализированные типы усилителей.Поэтому распознавание и понимание основных схем, таких как усилители, является важным шагом в изучении электроники.

Рис. 1.0.2 Структурная схема аналогового цветного ТВ-приемника

Один из способов описать усилитель — это тип сигнала, который он предназначен для усиления. Обычно это относится к диапазону частот, с которым будет работать усилитель, или, в некоторых случаях, к функции, которую он выполняет в электронной системе.

А.F. Усилители

Усилители звуковой частоты используются для усиления сигналов в диапазоне человеческого слуха, примерно от 20 Гц до 20 кГц, хотя некоторые усилители звука Hi-Fi расширяют этот диапазон примерно до 100 кГц, в то время как другие усилители звука могут ограничивать верхний предел частоты до 15 кГц или меньше. .

Усилители звукового напряжения

используются для усиления сигналов низкого уровня от микрофонов, магнитных лент, дисковых звукоснимателей и т. Д. С дополнительной схемой они также выполняют такие функции, как коррекция тона, выравнивание уровней сигналов и микширование с разных входов, обычно они имеют высокий коэффициент усиления по напряжению и средний коэффициент усиления. к высокому выходному сопротивлению.

Усилители мощности звука используются для приема усиленного входного сигнала от ряда усилителей напряжения, а затем обеспечивают достаточную мощность для управления громкоговорителями.

И.Ф. Усилители

Усилители промежуточной частоты — это настроенные усилители, используемые в радио, телевидении и радарах. Их цель — обеспечить усиление большей части напряжения радио-, теле- или радиолокационного сигнала до того, как аудио- или видеоинформация, переносимая сигналом, будет отделена (демодулирована) от радиосигнала.Они работают на частоте ниже, чем принимаемый радиосигнал, но выше, чем аудио- или видеосигналы, в конечном итоге производимые системой. Частота, с которой И.Ф. усилители работают, и полоса пропускания усилителя зависит от типа оборудования. Например, в радиоприемниках AM I.F. усилители работают на частоте около 470 кГц, а их полоса пропускания обычно составляет 10 кГц (от 465 кГц до 475 кГц), в то время как ТВ обычно использует полосу пропускания 6 МГц для I.F. сигнал на частоте от 30 до 40 МГц, а в радаре может использоваться ширина полосы 10 МГц.

Рис. 1.0.3 FM-радио с усилителями AF, IF и RF.

Р.Ф. Усилители

Радиочастотные усилители — это настроенные усилители, в которых рабочая частота регулируется настроенной схемой. Эта схема может регулироваться или не регулироваться в зависимости от назначения усилителя. Пропускная способность также зависит от использования и может быть относительно широкой или узкой. Входное сопротивление, как и коэффициент усиления, обычно низкое. (Некоторые ВЧ усилители имеют небольшое усиление или вообще не имеют его, но в первую очередь являются буфером между приемной антенной и более поздней схемой, чтобы предотвратить любые нежелательные сигналы высокого уровня от цепей приемника, достигающие антенны, где они могут быть повторно переданы как помехи).Особенностью ВЧ-усилителей, где они используются на самых ранних этапах приемника, является низкий уровень шума. Важно, чтобы фоновый шум, обычно производимый любым электронным устройством, был минимальным, поскольку усилитель будет обрабатывать сигналы с очень низкой амплитудой от антенны (мкВ или меньше). По этой причине в этих каскадах часто используются малошумящие полевые транзисторы.

Ультразвуковые усилители

Ультразвуковые усилители — это тип аудиоусилителя, работающего на частотах от примерно 20 кГц до примерно 100 кГц; они обычно предназначены для определенных целей, таких как ультразвуковая очистка, определение усталости металла, ультразвуковое сканирование, системы дистанционного управления и т. д.Каждый тип будет работать в довольно узком диапазоне частот в ультразвуковом диапазоне.

Широкополосные усилители

Широкополосные усилители должны иметь постоянный коэффициент усиления от постоянного тока до нескольких десятков МГц. Они используются в измерительном оборудовании, таком как осциллографы и т. Д., Где необходимо точно измерять сигналы в широком диапазоне частот. Из-за их чрезвычайно широкой полосы пропускания усиление невелико.

Усилители постоянного тока

Усилители постоянного тока

используются для усиления напряжения постоянного тока (0 Гц) или сигналов очень низкой частоты, где важен уровень сигнала постоянного тока.Они распространены во многих электрических системах управления и измерительных приборах.

Видеоусилители

Видеоусилители — это особый тип широкополосных усилителей, которые также сохраняют уровень постоянного тока сигнала и используются специально для сигналов, которые должны подаваться на ЭЛТ или другое видеооборудование. Видеосигнал несет всю информацию об изображении в телевизионных, видео и радиолокационных системах. Полоса пропускания видеоусилителей зависит от использования. В телевизионных приемниках он простирается от 0 Гц (постоянный ток) до 6 МГц и еще шире в радарах.

Буферные усилители

Буферные усилители — это часто встречающийся специализированный тип усилителей, который можно найти в любой из вышеперечисленных категорий, они размещаются между двумя другими цепями, чтобы предотвратить влияние одной цепи на работу другой. (Они ИЗОЛИРУЮТ цепи друг от друга). Часто буферные усилители имеют коэффициент усиления, равный единице, то есть они фактически не усиливают, так что их выходная амплитуда равна их входу, но буферные усилители имеют очень высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс и поэтому могут использоваться в качестве импеданса. согласующее устройство.Это гарантирует, что сигналы не ослабляются между цепями, как это происходит, когда цепь с высоким выходным сопротивлением подает сигнал непосредственно в другую цепь с низким входным сопротивлением.

Операционные усилители

Операционные усилители (операционные усилители) были разработаны на основе схем, разработанных для ранних аналоговых компьютеров, где они использовались для математических операций, таких как сложение и вычитание. Сегодня они широко используются в форме интегральных схем, где они доступны в корпусах с одним или несколькими усилителями и часто включаются в сложные интегральные схемы для конкретных приложений.

Конструкция основана на дифференциальном усилителе, который имеет два входа вместо одного и выдает выходной сигнал, пропорциональный разнице между двумя входами. Без отрицательной обратной связи операционные усилители имеют чрезвычайно высокий коэффициент усиления, обычно исчисляемый сотнями тысяч. Применение отрицательной обратной связи увеличивает полосу пропускания операционного усилителя, поэтому они могут работать как широкополосные усилители с полосой пропускания в диапазоне МГц, но снижает их коэффициент усиления. Простая резисторная сеть может применять такую ​​обратную связь извне, а другие внешние сети могут изменять функцию операционных усилителей.

Выходные свойства усилителей

Усилители используются для увеличения амплитуды напряжения или тока или для увеличения мощности, доступной обычно от сигнала переменного тока. Какой бы ни была задача, есть три категории усилителей, которые зависят от свойств их выхода;

1. Усилители напряжения.

2. Усилители тока.

3. Усилители мощности.

LM324N Четырехъядерный операционный усилитель малой мощности.

Щелкните изображение, чтобы увидеть таблицу ST.

Назначение усилителя напряжения состоит в том, чтобы сделать амплитуду формы волны выходного напряжения больше, чем амплитуду формы волны входного напряжения (хотя амплитуда выходного тока может быть больше или меньше амплитуды входного тока, это изменение менее важно. по назначению усилителя).

Назначение усилителя тока состоит в том, чтобы сделать амплитуду формы волны выходного тока больше, чем амплитуду формы волны входного тока (хотя амплитуда выходного напряжения может быть больше или меньше, чем у входного напряжения, это изменение менее важно.