Общие сведения об усилителях электрических сигналов

ТЕМА 4. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ

Общие сведения об усилителях электрических сигналов

В радиоприемных, радиопередающих устройствах и в устройствах радиоавтоматики первоначально приходится иметь дело с весьма слабыми электрическими сигналами, которые неспособны обеспечить нормальную работу оконечного (исполняющего) устройства.

8 Сигнал (электрический сигнал) – это некоторое сообщение, конкретная форма которого представлена в виде изменений электрического тока и напряжения.

Чтобы усилить мощность полезного сигнала до необходимого уровня, применяются электронные усилители.

8 Определение. Электронным усилителем называется устройство, в котором входной сигнал напряжения или тока используется для управления током (а, следовательно, и мощностью), поступающим от источника питания в нагрузку.

Усилитель состоит из нелинейного элемента, нагрузки и источника постоянного или (реже) переменного напряжения Общие сведения об усилителях электрических сигналов, называемого источником питания (рис. 4.1).

Под действием входного электрического сигнала Uвх(t) изменяется один из параметров управляемого нелинейного элемента (чаще всего сопротивление), что обуславливает изменение протекающего через него тока и, следовательно, падения напряжения на нагрузке, которое является выходным электрическим сигналом усилителя Uвых(t).

В нагрузку энергия поступает от источника питания, мощность которого значительно больше мощности, потребляемой нелинейным элементом от источника входного сигнала. Поэтому мощность выходного сигнала может в несколько раз превышать мощность входного сигнала.

В качестве управляемого нелинейного элемента в электронных усилителях используются транзисторы (полевые и биполярные), микросхемные операционные усилители, электронные лампы, специальные сверхвысокочастотные диоды: диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды, туннельные Общие сведения об усилителях электрических сигналов диоды.

Схема усилителя, а также требования, предъявляемые к нему, существенно зависят от параметров усиливаемого электрического сигнала и характеристик источника этих сигналов.

Для авиационного радиоэлектронного оборудования характерно применение следующих видов сигналов:

постоянных и медленно меняющихся во времени;

высокочастотных;

модулированных;


импульсных последовательностей с длительностями импульсов tи от долей микросекунд до единиц – десятков миллисекунд с частотой повторения f = 1/Tп, от единиц герц до нескольких десятков мегагерц (рис. 4.2).

Характерная особенность рассматриваемых электрических сигналов состоит в том, что они в большинстве случаев являются сложными, не синусоидальными. Однако каждый из таких сигналов можно представить в виде суммы конечного или бесконечного числа гармонических составляющих. Так, если Общие сведения об усилителях электрических сигналов усиливаемый сигнал имеет периодический характер, то его можно разложить, например, в тригонометрический ряд Фурье

,

где Uo/2 – постоянная составляющая сигнала u(t); Uim и ji – амплитуды и начальные фазы i-х гармонических составляющих; wс = 2pfс – частота периодического сигнала u(t).

Совокупность гармонических составляющих сложного сигнала называется его спектром. Спектр наглядно может быть представлен в виде графической зависимости амплитуды гармонических составляющих от частоты (рис. 4.3).



Диапазон частот Dfc, включающий все гармонические составляющие сигнала, называется шириной спектра: Dfc = k fc. Ширина спектра является важнейшей характеристикой сигнала. Зная ширину спектра входного сигнала усилителя, можно предъявить конкретные требования к частотным свойствам усилителя. При Общие сведения об усилителях электрических сигналов отсутствии постоянной составляющей (Uo/2 = 0) в спектре усиливаемого сигнала ширина спектра определяется частотами высшей и низшей гармонических составляющих Dfc = kfc – fc. Сигналы, представляемые бесконечной суммой гармонических составляющих, имеют неограниченный спектр. Для таких сигналов используется понятие активной ширины спектра, включающей только те гармонические составляющие, которые отражают сигнал с требуемой точностью.

Кроме ширины спектра важной характеристикой усиливаемого сигнала является значения боковых частот спектра.

Определим спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов величиной Um (рис. 4.2, в). Известно, что периодический несинусоидальный сигнал u(t) может быть представлен бесконечным тригонометрическим рядом Фурье

,

где wn = 2pfп, – частота следования импульсов, – постоянная составляющая напряжения прямоугольной формы. Следовательно, рассматриваемый сигнал имеет неограниченно Общие сведения об усилителях электрических сигналов широкий спектр. Для идеального воспроизведения такого сигнала при усилении необходимо иметь усилитель с бесконечной полосой пропускания, что практически неосуществимо. Но в этом и нет необходимости, так как периодическую последовательность прямоугольных импульсов можно усилить с практически допустимыми искажениями, если считать, что ширина спектра сигнала Dfс = 1/tи, поскольку большинство гармоник с большими амплитудами содержится в диапазоне частот 0…1/tи (рис. 4.4). Хотя усилитель, рассчитанный на сигнал с активной шириной спектра Dfс = 2/tи, позволит усилить его с меньшими искажениями.


documentbcoacrp.html
documentbcoakbx.html
documentbcoarmf.html
documentbcoaywn.html
documentbcobggv.html
Документ Общие сведения об усилителях электрических сигналов