Аналіз процесу посилення електричних сигналів

Поняття про посилення електричних сигналів.

Однією з найважливіших функцій деяких електронних приладів є посилення електричних сигналів. Посилення електронного сигналу – це означає збільшити його потужність.

Посилення електричних сигналів є однією з найважливіших функцій апаратури зв'язку, мовлення, телебачення.

Підсилювачемназивають пристрій, призначений для збільшення параметрів електричного сигналу (напруги, струму, потужності).

Підсилювач електричних сигналів є активним чотириполюсником. До вхідних точок Y підключається джерело посилюваних сигналів з ЕРС Е1, до вихідних точок - споживач посиленого сигналу, який будемо називати навантаженням підсилювального елемента - Rн. Як підсилювальні елементи (УЕ) використовують біполярні та польові VTи, для отримання великих потужностей – електронні лампи. У ланцюг УЕ вмикається джерело живлення, яке забезпечує подачу постійної напруги на електроди УЕ (рис. 1).

Принципи посилення електричних сигналів.

Нехай УЕ – біп. VT, що працює в активному режимі у схемі з ОЕ (рис. 2). На вхід VTа,т. е. на його перехід, включений у прямому напрямку, подамо електричний сигнал Uвх. У цьому невеликі зміни вх. напруги ∆Uвх спричинять значні зміни вх. струму ∆Iб. Струм колектора на виході отримає, завдяки цьому, збільшення ∆Iк = ∆Iб * h21. Цей струм викликає на опорі навантаження збільшення напруги Uвых = ∆Iк * Rн = ∆Iб * h21 * Rн

Напруга ∆Uвих більша, ніж напруга

Таким чином, схема забезпечує посилення по струму та по напрузі. Потужність на вході Pвх = ∆I 2 б Rвх, а потужність на виході Pвх = ∆I 2 кRн, оскільки ∆Iк > ∆Iб та Rн > Rвх, тосхема забезпечує посилення за потужністю.

Аналогічно можна пояснити принцип посилення за допомогою польового VTA та електронної лампи. При цьому в них, що працюють зазвичай без вхідних струмів, управління відбувається ефективніше, завдяки тому, що у них величезне Rвх, і зміна струму на виході при подачі вхідного сигналу відбувається практично без струму на вході.

Процес посилення електричних сигналів за потужністю є процесом перетворення потужності джерела постійного струму на потужність

го струму, який змінюється за законом зміна поданого на вхід напруги або струму електричного сигналу, що підсилюється.

Щоб отримати на виході необхідну корисну потужність Pвих, джерело живлення повинен витратити велику потужність Pо, і ККД У, безумовно, буде менше 100%.

Існують прилади, які можуть дати на виході посилення або за напругою (наприклад, тр-р, що підвищує), або по струму (знижуючий тр-р). Але в цих приладах не відбувається посилення за потужністю. Внаслідок втрат у тр-ре потужність з його виході обов'язково менше, ніж вході.

Характерна особливість ел-ых приладів, що використовуються посилення, у тому, що вони забезпечують посилення вхідного сигналу по потужності.

Найпростіший аналіз процесу посилення дозволяє визначити ряд вимог, що пред'являються до Уїм Уам:

ККД б. великим.

Це необхідно для того, щоб перетворення енергії джерела постійного струму в енергію

го струму, що повторює форму

го сигналу на вході УЕ, відбувалося за найменших допустимих витрат енергії джерела постійного струму.

Точка спокою. Напруга зміщення.

го сост-ей струму з формою поданого на вхід УЕ упр-го напруги є лінійна залежність між ними,графічно виражена пряма. Статичні х-ки біполярних та польових VTів, як і ЕЛ, криволінійні. Тому можливі спотворення подібного сигналу, тобто поява у складі струму Івх гармонійних та комбінованих ч-т. Відсутності

спотворень сигналу можна досягти, використовуючи ділянку

х-ки, найбільш близький до прямої Iб.

На рис. 3,а - це ділянка АВ на вх. х-ке біп. VTа у схемі з ОЕ. Подамо на вхід VTа

е напруга сигналу Uвх = Uвхм * sinωt. При цьому вх. Струм VTа буде змінюватися пропорційно зміні напруги вхідного сигналу. Для того щоб при обох п/хвилі

ой сост-ей струму ίб не виходили межі цього прямолінійного ділянки АВ, на вхід VTа необхідно подати пряме постійне напруга UБЭО.

Точка на статичній х-ці, однозначно визначається постійним напругою на вході і виході, називається точкою спокою. У разі – точка М.

Постійна напруга, яка подається на вхід УЕ для вибору точки спокою, називається напругою зміщення. У біп. VTа м. б. задана та постійним струмом на вході –струмом усунення.

го напрямку сигналу Uвх загальна миттєва напруга на вході VTа UБЕ = UБЕО + Uвхм * sinωt ↑ся і відповідно ↑ся струм Iб.

При “-”ой п/хвилі напруги Uвх, яке є зворотним для його переходу п-р-п – VTа, загальна напруга на вході VTа UБЕ = UБЕО - Uвхм * sinωt ↓ся і відповідно ↓ся вх. Струм IБ.

Результуючий струм на вході (рис. 3 б) є пульсуючим струмом. Він містить постійну складову ІБО та

ую сост-ую ίб, які змінюються згідно із законом зміни вх. напруги сигналу ?б = IБмsin?t. Кожна зміна вх. струму IБ викликає відповідну зміну вих. Струм у якому ланцюгу Iк, оскільки Iк = h21ЕIБ.

Режим роботи УЕ під час подачі на ньогоелектроди постійних напруг і відсутність на його вході напруги електричного сигналу, який потрібно посилити, називаєтьсярежимом спокою.

У режимі спокою в ланцюзі джерело живлення – Колектор тече постійний струм Iко. При подачі

го напруги сигналу на вхід VTа у цьому ж ланцюзі з'являється

Таким чином, енергія постійного струму джерела живлення перетворює на енергію

го струму, який змінюється згідно із законом поданого на вхід

Отже, щоб забезпечити мінімум спотворень,

тобто для збігу форми вих. струму з формою

поданого на вхід сигналу, точку спокою

вибирають на лінійній ділянці х-до управління. Розглянемо аналогічні графіки для польового VT (рис. 4). Точку спокою М вибираємо на середині лінійної ділянки АВ шляхом подачі відповідної напруги усунення – напруги Uіо. У режимі спокою вся енергія джерел живлення витрачається марно і йде розігрів р-п – переходу стоку. Тільки сост-ая струму, яка подається при подачі на вхід УЕ посиленого сигналу, є корисною, тому що вона створює на навантаженні посилену напругу та потужність. Природно, що більше втрати потужності з допомогою постійної сост-ей струму, тим нижче ККД схеми. Однак, вибравши точку спокою на х-ці нижче, ніж показано на рис. 3, 4 і подавши на вхід сигнал з такою ж амплітудою, ми вийдемо за межі прямолінійної ділянки АВ, що призведе до спотворення форми струму в порівнянні з формою поданого сигналу. Чим нижче розташована точка спокою, т. е. що менше постійна складова струму Iо, то вище ККД У.

---