ГЛАВА 1

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Усилителем называется такое устройство, в котором сравнительно маломощный входной сигнал угфавляет передачей гораздо большей энергии от источника питания в полезную нагрузку, присоединенную к выходу усилителя, причем выходная (усиленная) величина является непрерывной функцией входного (усиливаемого) сигнала.

В зависимости от вида энергии, отбираемой от источника питания, усилители могут быть электрические, пневматические, гидравлические, механические и т. п. Электронные усилители являются разновидностью электрических усилителей и отличаются тем, что элементами, при помощи которых происходит управление электрической энергией (усилительные элементы), служат электронные лампы или транзисторы.

§ 1.1. Структура электронного усилителя

Источник сигнала и нагрузка. Электронный усилитель имеет две пары рабочих зажимов - входные и выходные. К входным зажимам подключается источник усиливаемых электрических сигналов, к выходным - нагрузка.

Источники входных сигналов могут быть самые различные: ионизационная камера, термопара, микрофон, фотоэлемент, антенна и т. д. Источником сигнала может быть также другой электронный усилитель, у которого уровень выходного сигнала недостаточен для непосредственного использования. С точки зрения анализа усилителя, любой источник сигнала можно представить как генератор эдс, имеющий некоторое внутреннее сопротивление. Такое представление соответствует известной теореме об эквивалентном генераторе (теорема Тевенена), рассматриваемой в Приложении 2.

Нагрузка усилителя также может быть весьма разнообразной: электромагнит, электронно-лучевая трубка, репродуктор, электродвигатель, выпрямитель переменного тока и т. д. Нагрузкой может

быть и ВХОД другого электронного усилителя. При анализе и расчете любую нагрузку представляют просто как комплексное сопротивление той или иной структуры.

Вход и ВЫХОД усилителя по условиям работы, как правило, имеют одну общую точку. Эта точка обычно соединяется с корпусом прибора - заземляется .

Структурные схемы. Все сказанное отражено в упрощенной структурной схеме усилителя на рис. 1.1. Генератор сигнала, представляющий собой эдс fj, с внутренним сопротивлением R, включен

Уси/1итеу\ь

Вход гМ Выход

Рис. 1.1. Структурная схема усилителя с генератором эдс на входе и на выходе.

на входе усилителя параллельно сопротивлению R. Сам усилитель представлен со стороны выхода в виде генератора эдс Е с внутренним сопротивлением /?вых подключенного к внешней нагрузке В общем случае все сопротивления являются комплексными. Как видим, усилитель одновременно является нагрузкой для источника сигналов и источником сигнала для внешней нагрузки.

Структурная схема усилителя на рис. 1.1 является лишь одним из возможных вариантов схем. Другие варианты получатся, если заменить генераторы эдс генераторами, тока. Генератор тока или источник тока - понятие, используемое в теории цепей,-является такой своеобразной батареей , у которой отдаваемый ток не зависит от величины подключенной нагрузки; генератор тока является генератором принудительного тока для внешней цепи. Внутреннее сопротивление идеального источника тока бесконечно велико, в противоположность нулевому сопротивлению идеального источника эдс.

По отношению к внешней цени любой реальный источник сигнала можно с равным правом представить либо генератором эдс, включенным последовательно с внутренним сопротивлением, либо генератором тока, включенным параллельно с внутренним сопротивлением (рис. 1.2). Взаимная связь между этими двумя способами изображения заключается в следующем. При переходе от схемы на рис. 1.2, а к схеме на рис. 1.2,6 используются соотношения

R = r,

(1.1а)

а при переходе от схемы на рис. 1.2, б к схеме на рис. 1.2, а - соотношения

Е=Ш, r = R. (1.16)

При этих условиях, как легко проверить, ток и напряжение во внешней цепи (нагрузке) остаются неизменными.

Воспользовавшись формулами (1.1), можно преобразовать либо один из генераторов, либо оба генератора в схеме рис. 1.1. В результате получаются еще три варианта структурной схемы усилителя (рис. 1.3). Несмотря на принципиальную равноценность всех четырех вариантов схем, выбор того или иного варианта для анализа определяется удобством и простотой при решении конкретной задачи. Примеры этого неоднократно встретятся в дальнейшем.

Рис. 1.2. Схема с генератором эдс (а) и эквивалентная ей схема с генератором тока (б).

Условность рассмотренных схем заключается главным образом в том, что входная и выходная цепи усилителя показаны изолированными. На самом деле выходные величины являются функциями входных, ибо без такой связи не было бы передачи сигнала, т. е. усиления. Особенности этой связи, собственно, и являются главным предметом изучения усилителей.

Усилительные каскады. Как указывалось, и источником сигнала, и нагрузкой усилителя могут быть другие усилители. Отсюда естественно рождается понятие о сложном усилителе, состоящем из ряда усилительных блоков, соединенных друг с другом в цепочку. На входе такой цепочки (рис. 1.4) действует истинный источник сигнала (не усилитель), а на выходе - истинная, внешняя нагрузка (также не усилитель). На практике целесообразно разделять сложный усилитель для анализа и расчета (а иногда и конструктивно) на ряд отдельных более простых частей - блоков. Чаще всего сложный усилитель расчленяется на так называемые каскады или ступени. Каскад является элементарной ячейкой сложного усилителя, его молекулой , имеющей, однако, и самостоятельное значение. Усилительный каскад может быть как одноламповым, так и многоламповым; расчленение многолампового каскада на одноламповые ячейки невозможно, так как приводит к качественным изменениям его функций.