Тема 2.2. Общие сведения об усилителях

Для сигнала усилитель можно представить активным четырехполюсником, так как он включает в себя источник питания. Источник сигнала и нагрузку заменим эквивалентными двухполюсниками. Тогда структурную схему усилителя можно изобразить, как показано на рисунке 

Входными данными усилителя являются: входное напряжение Uвх, входной ток Iвх, входная мощность Рвх, при которых усилитель обеспечивает в нагрузке заданное техническими требованиями напряжение, или ток, или мощность, а также входное сопротивление Zвх.

К выходным данным относятся: номинальные (заданные техническими требованиями) напряжение или Uвых, или ток Iвых, или мощность Рвых, отдаваемые усилителем при работе на заданную нагрузку Zн, а также выходное сопротивление усилителя Zвых.

Входное сопротивление усилителя в общем случае комплексно, т.к. комплексны входное напряжение Uвх и входной ток Iвх.

Но входное сопротивление обычно определяют на той частоте (как правило, на средней частоте усиливаемого диапазона f0), когда его можно считать практически активным и равным.

где Uвх и Iвх – действующие значения входного напряжения и тока.

Активная входная мощность равна:

Согласно теореме об эквивалентном генераторе выходную цепь усилителя можно представить в виде эквивалентного генератора Еэкв = Uвых хх, ЭДС которого определена в режиме холостого хода на выходе усилителя (т.е. при Rн -> к бесконечности) и эквивалентного выходного сопротивления

где Uвых хх и Iвых кз – действующие значения напряжения и тока.

Соотношения между Rг и Rвх, а также между Rвых и Rн имеют большое значение для получения максимального коэффициента передачи ЭДС входного сигнала Ег либо для получения максимального коэффициента передачи мощности входного сигнала.

На рисунке ниже представлена структурная схема усилителя с указанием эквивалентных сопротивлений.

Как видно из рисунка, сопротивления Rг и Rвх образуют делитель напряжения во входной цепи, а сопротивления Rвых и Rн – делитель напряжения в выходной цепи. Поэтому для максимального коэффициента передачи напряжения источника сигнала Ег в нагрузку Uвых должны выполняться следующие условия:

Следовательно, входное сопротивление должно быть большим, а выходное – малым, у идеального усилителя желательно иметь Rвх -> к бесконечности, Rвых -> 0. На практике эти условия, к сожалению, не выполняются.

Для получения максимального коэффициента передачи мощности необходимо обеспечить режим согласования: Rвх = Rг, Rвых = Rн. Такой режим работы является оптимальным для усилителей сверхвысоких частот (СВЧ усилителей).

Выходная мощность (мощность в нагрузке) равна:

где Uвых, Iвых – действующие значения выходных напряжения и тока.