В промышленной электронике очень часто возникает необходимость в усилении электрических сигналов, например, при измерениях неэлектрических величин электрическими методами, контроле и автоматизации технических процессов. Для решения этих задач используют электронные усилители - устройства, которые служат для усиления напряжения, тока или мощности слабых электрических сигналов.

В настоящее время в усилителях широко применяют транзисторы, которые заменили электронные лампы.

Усилители могут быть классифицированы по ряду признаков: по роду усилительных элементов (ламповые, транзисторные); по роду усиливаемой величины (усилители напряжения, тока и мощности); по числу каскадов (одно-, двух - и многокаскадные). Один из наиболее важных признаков является диапазон частот усиливаемых сигналов, в котором усилитель обеспечивает нормальную работу. По данному признаку различают следующие типы усилителей:

1) Усилители низкой частоты (УНЧ), которые служат для усиления непрерывных периодических сигналов в диапазоне низких частот (от десятков герц до десятков килогерц). Особенностью УНЧ является то, что отношение верхней усиливаемой частоты к нижней велико и имеет значение от нескольких сотен до нескольких тысяч.

2) Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления медленно меняющихся напряжений и токов в диапазоне частот от нуля до некоторой наибольшей частоты. УПТ широко применяются в устройствах автоматики и вычислительной техники.

3) Избирательные усилители, характеризующие небольшими значениями отношения верхней и нижней частот. Как правило, это усилители высокой частоты (УВЧ).

4) Импульсные, или широкополосные, усилители работают в диапазоне от нескольких килогерц до нескольких десятков мегагерц и используют в устройствах импульсной связи, радиолокации и телевидения.

Обратной связью в усилителях называется такая связь между выходом и входом усилителя, при которой часть энергии полезного усиленного сигнала с его выхода подается на вход.

Обратную связь можно применить специально для повышения стабильности в работе усилителя, и тогда она является полезной. Однако когда обратная связь возникает в результате взаимного влияния различных цепей, она может оказаться паразитной.

Различают положительную и отрицательную обратные связи. Положительную обратную связь, как правило, применяют в генераторных каскадах. В усилителях положительная обратная связь обычно является паразитной, а отрицательная применяется довольно часто.

Каскады усилителя бывают с Общим Эмиттером, Общим Коллектором, Общей Базой.

Таблица 1

Сравним характеристики усилительных каскадов:

Наиболее распространенной является схема с Общим Эмиттером, она обеспечивает усиление, как по току, так и по напряжению, среднее значение входного и выходного сопротивлений позволяют создавать многокаскадные усилители, т.к. при этом обеспечивается согласование выходного сопротивления предшествующего каскада, с входным сопротивлением последующего каскада.

Каскад с Общим Коллектором обладает главным достоинством большим входным сопротивлением, и малым выходным. И по этому он используется на входе усилителей.

Каскад с Общей Базой используется весьма редко, когда нагрузка имеет очень большое сопротивление, у схемы с Общей Базой наилучшее частотные свойства.

Для того чтобы не потерять напряжение сигнала при передаче сигнала от предшествующего сигнала к последующему между входным и выходным сопротивлением должно выполняться следующее соотношение R_вых1<< R_вх2 это можно подтвердить (рис. 1):

Рис. 1. Эквивалентная схема

Входное сопротивление источника сигнала часто бывает большим, поэтому входной каскад строится по схеме с Общим Коллектором, Промежуточные каскады обычно строится по схеме Общим Эмиттером, это обеспечивает усиление по напряжению, току и облегчает согласование сопротивлений. Сопротивление нагрузки усилителя обычно не велико, и поэтому на выходе также ставится каскад с общим коллектором (рис. 2).

усилитель транзистор передача сигнал

Рис. 2. Каскад с общим коллектором на выходе

Для того чтобы понять, как работают усилители, следует рассмотреть работу усилителей на конкретном примере.

1. Описание и анализ схемы