Основні елементи підсилювача

Лекція № 10,11

НОТАТКИ

з дисципліни

«Промислова електроніка та перетворювальна техніка»

Мета даної лекції – засвоїти засади побудови підсилювача та його принцип роботи. Автор вказану мету спробує подати без посилань на конкретну схему підсилювача і лише згодом в якості прикладу показати перехід до конкретної схеми підсилення.

Підсилювачем називають електронний пристрій, який призначений для збільшення потужності електричного сигналу. Електричним сигналом називають напругу чи струм будь-якої форми (постійні, змінні, імпульсні, гармонійні).

Підсилення (збільшення) параметрів електричного сигналу може здійснюватися тільки за рахунок енергії джерела живлення. Тому у підсилювачах сигнал малої потужності керує пересиланням значно більшої потужності від джерела живлення до приймача (навантаження). Зауважимо, що закон зміни вихідного сигналу (струму, напруги чи потужності) під час пересилання енергії збігається із законом зміни сигналу, який керує!

Рис. 1. Принцип побудови підсилювача

Для електричного кола рис.1 згідно закону Кірхгофа справедливе рівняння

u_вих =E_к - i×R_к .

Якщо “змусити” керований елемент КЕ змінювати свій опір (провідність) за законом сигналу, який підлягає підсиленню, то у наведеному колі струм

(а, отже, і спад напруги) буде змінюватися за тим же законом. Однак коливання (змінна складова) напруги u_вих будуть залежати від параметрів силового кола, тобто джерела живлення E_к , опору R_к та опору керованого елемента КЕ. Чим потужніше джерело живлення, чим більший опір R_к , тим більшою буде змінна складова вихідної напруги u_вих , тобто ми отримаємо підсилення вхідного сигналу. Зауважимо, що змінна складова вихідної напруги u_вих буде тим більшою, чим сильніший вплив напруги u_вх на опір керованого елемента.

Рис. 2. Часові діаграми струму та напруги вихідного кола підсилювача

Отже для побудови підсилювача обов’язково необхідно мати три елементи:

1 - джерело живлення постійної напруги E_к;

2 – опір навантаження вихідного кола R_к;

3 – керований елемент КЕ.

Ці три елементи утворюють вихідне коло підсилювача. Підсилювальний сигнал u_вх подають на вхід керованого елементу КЕ. Вихідний сигнал u_вих формується в результаті зміни опору КЕ за законом, який задає вхідний сигнал. Вихідною напругою може бути спад напруги на опорі R_к або спад напруги на керованому елементі.

Важливо усвідомити, що у вихідному колі струм і є однонаправленим, в силу того, що для живлення підсилювача використовується джерело постійної напруги E_к. Змінний струм та напругу вихідного кола слід розглядати як змінні складові результуючого струму та напруги, що накладаються на їх постійні складові І_п та U_п (рис. 2). Співвідношення між змінними та постійними складовими повинно бути таким, щоб амплітудні значення змінних складових не перевершували постійних складових, тобто

І_п ³ І_м; U_п ³ U_м . Якщо ці умови не будуть виконуватися, то струм і у вихідному колі на окремих ділянках буде рівний нулю, що призведе до спотворення форми вихідного сигналу. Таким чином, для забезпечення нормальної роботи підсилювального каскаду під час підсилення змінних вхідних сигналів, у вихідному колі повинні бути створені постійні складові струму І_п і напруги U_п. Це досягається шляхом подачі у вхідне коло крім підсилювального сигналу відповідної постійної напруги U_{вх. п}(абож задання відповідного постійного вхідного струму І_{вх. п}).