Классификация усилителей мощности — 159

Основные параметры усилителей.

Усилители электрических сигналов

1. Классификация, основные пара­метры и характеристики усилителей

Классификация усилителей

— по роду уси­лительных элементов:

— по характеру усиливаемых сигналов:

усилители аналоговых сигналов,

усилители импульсных сигналов

— по роду усиливаемой величины:

— по диапазону частот усиливаемых сиг­налов:

§ усилители постоянного тока,


§ усилители переменного тока:

· усилители низкой частоты (звуковой, f 300 МГц)

Усилители низкой частоты (УНЧ) 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.

Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления медленно меняющихся напряжений и токов в диапазоне частот от нуля до некоторой наибольшей частоты.

Широкополосные усилители усиливают сигналы в единицы и десятки мегагерц.

Избирательные усилители, характери­зующие небольшими значениями отношения верхней и нижней частот. (1-1,1). Как правило, это усилители высокой частоты (УВЧ).

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

Основные параметры усилителей.

Основным количественным параметром усилителя яв­ляется коэффициент усиления. В зависимости от функци­онального назначения усилителя различают коэффициен­ты усиления по напряжению К u, току K i или мощности Кр:

где — амплитудные значения переменных состав­ляющих соответственно напряжения и тока на входе

амплитудные значения переменных сос­тавляющих соответственно напряжения и тока на выходе

— мощности сигналов соответственно на вхо­де и выходе.

Коэффициенты усиления часто выражают в логарифмических единицах — децибелах:

Кu (дБ)= 201gKu Кi (дБ) = 201gKi Кр(дБ) = lOlgKp.

Усилитель может состоять из одного или нескольких каскадов. Для многокаскадных усилителей его коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиле­ния отдельных его каскадов:

Если ко­эффициенты усиления каскадов выражены в децибелах, то общий коэффициент усиления равен сумме коэффициен­тов усиления отдельных каскадов:

Обычно в усилителе содержатся реактивные элементы, в том числе и «паразитные», а используемые усилительные элементы обладают инерционностью. В силу этого коэффициент усиления является комплексной величиной:

где — модуль коэффициента усиления

сдвиг фаз между входным и выходным напряже­ниями.

Помимо коэффициента усиления важным количест­венным показателем является коэффициент полезного действия

где мощность, потребляемая усилителем от источ­ника питания.

К количественным показателям усилителя относятся также входное и выходное сопротивления усили­теля:

где и амплитудные значения напряжения и тока на входе усилителя

, приращения амплитудных значений напряжения и тока на выходе усилителя, вызванные изменением сопротивления нагрузки.

1.3. Основные характеристики усилите­лей.

Амплитудная характеристика это зависимость амп­литуды выходного напряжения (тока) от амплитуды входного напряжения (тока).

Точка 1 соответствует напряжению шумов, измеряемому при , точка 2 — минимальному входному напряжению, при котором на выходе усилителя можно различать сигнал на фоне шумов. Участок 2—3 — это рабочий участок, на котором сохраня­ется пропорциональность между входным и выходным на­пряжениями усилителя. После точки 3 наблюдаются не­линейные искажения входного сигнала.

Степень нелинейных искажений оценивается коэффициентом не­линейных искажений (или коэффициентом гармоник):

Рассмотрим пример возникновения нелинейных иска­жений.

При подаче на базу транзистора относительно эмитте­ра напряжения синусоидальной формы в силу нели­нейности входной характеристики транзистора входной ток транзистора (а следовательно, и выходной — ток коллектора) отличен от синусоиды, т. е. в нем по­является ряд высших гармоник. Из приведенного приме­ра видно, что нелинейные искажения зависят от ампли­туды входного сигнала и положения рабочей точки транзистора и не связаны с частотой входного сигнала, т. е. для уменьшения искажения формы выходного сигнала входной должен быть низкоуровневым. Поэтому в много­каскадных усилителях нелинейные искажения в основном появляются в оконечных каскадах, на вход которых посту­пают сигналы с большой амплитудой.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазо-частотная характеристика (ФЧХ) усилителя — это зависимость модуля коэффициента усиления от частоты, а ФЧХ — это зависимость угла сдвига фаз между входным и выходным напряжениями от частоты. Типовая АЧХ при­ведена на рис.

Частоты и называются нижней и верхней граничными частотами, а их разность ( — ) — полосой пропускания усилителя.

При усилении гармонического сигнала достаточно ма­лой амплитуды искажения формы усиленного сигнала не возникает. При усилении сложного входного сигнала, со­держащего ряд гармоник, эти гармоники усиливаются уси­лителем неодинаково, так как реактивные сопротивления схемы по-разному зависят от частоты, и в результате это приводит к искажению формы усиленного сигнала. Такие искажения называются частотными и характеризуются коэффициентом частотных искажений:

где — модуль коэффициента усиления усилителя на заданной частоте.

Коэффициенты частотных искажений и называются соответственно коэффициентами искажений на нижней и верхней граничных частотах.

АЧХ может быть построена и в логарифмическом мас­штабе.

В этом случае она называется ЛАЧХ, ко­эффициент усиления усилителя выражают в децибелах, а по оси абсцисс откладывают частоты через декаду (интер­вал частот между 10f и f . Обычно в качестве точек отсче­та выбирают частоты, соответствующие . Кривые ЛАЧХ имеют в каждой частотной области определенный наклон. Его измеряют в децибелах на декаду.

Типовая ФЧХ приведена на рис.

Она также может быть построена в логарифмическом масштабе. В области средних частот дополнительные фазовые искажения ми­нимальны. ФЧХ позволяет оценить фазовые искажения, возникающие в усилителях по тем же причинам, что и частотные.

Пример возникновения фазовых искажений приведен на рис., где показано усиление входного сигнала, со­стоящего из двух гармоник (пунктир), которые при уси­лении претерпевают фазовые сдвиги.

Переходная характеристика усилителя это зависи­мость выходного сигнала (тока, напряжения) от времени при скачкообразном входном воздействии (рис. ).

Частотная, фазовая и переходная характеристики усилителя однозначно связаны друг с другом. Области верхних частот соответствует переходная .характеристика в области малых времен, области нижних частот — переход­ная характеристика в области больших времен.

— выброс фронта импульса — спад вершины импульса

Для начала давайте рассмотрим недостатки, как пишут, самого лучшего из регулятора тембра (РТ) (дающего самые меньшие искажения) — пассивного РТ Баксандала (Джонса). Вот его схема, взятая из интернета (Рис.1):

Схема пассивного регулятора тембра Баксандала

Рис. 1. Схема пассивного регулятора тембра Баксандала.

Посмотрите – здесь в среднем положении резисторов-регуляторов НЧ и ВЧ – когда тембр не изменен — сигнал гасится в несколько раз резисторами и конденсаторами.

То есть в целом выполняется не какая-либо коррекция, а простое линейное снижение амплитуды сигнала при участии конденсаторов.

Это очень не хорошо, т.к. перезарядка обкладок конденсаторов вносит паразитные призвуки в сигнал (об этом много написано в интернете).

Для качественного звука требуются дорогие аудиофильские конденсаторы.

Вторым недостатком в среднем положении является некоторое искривление АЧХ теми же резисторами и конденсаторами. Нужны очень точные резисторы и конденсаторы. Но все равно абсолютной линейности АЧХ не получится.

Поэтому хорошо бы сделать так, чтобы в среднем положении регуляторов НЧ и ВЧ, конденсаторы полностью бы исключались из работы, а включались в работу постепенно, по мере поворота регуляторов к крайним положениям пропорционально величине изменения тембра.

Таким образом в среднем положении регуляторов осуществлялся бы режим близкий к «Обходу» (как с помощью переключателя) — характеристика была бы без влияния конденсаторов на звук (без призвуков и нелинейности), а по мере изменения тембра, конденсаторы потихоньку включались бы в работу.

Причем такой режим был бы более выгодным даже чем «Обход» с помощью переключателя – так как в положениях близких к средним задуманный РТ задействовал бы конденсаторы постепенно, а РТ Баксандала при выключении «Обхода» включает конденсаторы сразу «на полную».

Третий недостаток пассивного РТ Баксандала — это не вполне корректное суммирование ветвей НЧ и ВЧ вблизи частоты разделения сигнала (≈1000 Гц) – простое суммирование на резисторах.

Хотя для точного суммирования необходимо было бы суммирование сигналов ветвей НЧ и ВЧ выполнять на инвертирующем входе ОУ. Об этом так же написано в интернете.

Соответственно звуки в районе 1000 Гц несколько размываются. В этом смысле все многополосные эквалайзеры размывают уже несколько частот звукового диапазона, это уже хорошо слышно.

Как правило все многополосные эквалайзеры хочется выключить и слушать без них. Правда есть активный РТ Баксандала (схемы в Интернете) – там суммирование ветвей НЧ и ВЧ выполняется уже на инвертирующем входе ОУ – это некоторый плюс.

Четвертый недостаток пассивного РТ баксандала — это зачастую сильные трески при вращении движков регулировочных резисторов.

Трески эти обусловлены плохим контактом ползунка, вызванным неоправданно большим током через этот ползунок, так как он участвует и в делении сигнала в несколько раз при любых положениях и в самой регулировке.

Было бы лучше, чтобы в среднем положении резистора ток через ползунок вообще бы не шел – то есть можно было бы, грубо говоря, подковырнуть чем-то ползунок и звук бы не изменился.

Ну, а по мере вращения ползунка к краям, ток по ползунку увеличивался бы постепенно (примерно так, как описано выше про конденсаторы). В этом случае вероятность треска снизилась бы в десятки раз.

Еще одним свойством РТ Баксандала (думаю, что это то же недостаток) является тот факт, что вблизи частот раздела НЧ и ВЧ (рис. 2) при регулировке тембра происходит очень резкое (не плавное) изменение амплитуд сигнала со слишком большим перемещением по частотам.

На мой взгляд на рис. 2 вблизи частот разделения просто какой-то хаос кривых АЧХ. От нуля идет резкий изгиб характеристики.

Практически так и есть, а в литературе обычно приводятся слишком красивые кривые, скорее даже желаемые или теоретические. Было бы лучше иметь плавный отход от нуля.

Реальная характеристика пассивного регулятора тембра Баксандала

Рис. 2. Реальная характеристика пассивного регулятора тембра Баксандала, взятая из Интернета.

Ну, вот – пожалуй это и все основные недостатки пассивного РТ Баксандала. Конечно, существует много схем активных РТ, в том числе и активный РТ того же Баксандала.

Но везде пишут, что эти схемы дают звук похуже пассивного РТ. Мне кажется объяснить это отставание в качестве можно применением конденсаторов именно в обратной связи ОУ, когда микроискажение от конденсатора начинает циклически прокручиваться через обратную связь по нескольку раз — примерно как если смотреть в два направленных друг на друга зеркала – получаем бесконечное количество отражений.

Думаю, можно утверждать, что конденсаторы при прямом прохождении сигнала (пассивном) меньше портят звук, чем находясь в обратной связи усилителя.

Так что если стремиться к высококачественному РТ, то вероятно лучше – пассивному. Ну а в обратных связях ОУ применять только постоянные резисторы.

Вот и встала задача сделать РТ с отсутствием указанных выше недостатков. Но в основном он должен быть таким, чтобы в среднем положении регуляторов конденсаторы полностью исключались бы из работы и ток на ползунках в среднем положении был бы нулевым. Это – главное.

Ну и, конечно, РТ должен быть пассивным. В целом задача решена. Так что читаем статью дальше и наслаждаемся.

Новости:

С Новым 2020 годом, Друзья радио!
Круглые столы ОДР по воскресеньям!
7144 кГц — 08:00 UTC (11:00 MSK)
14144 кГц — 08:30 UTC (11:30 MSK)

  • QRZ.CENTER ОДР ОБЩЕСТВО ДРУЗЕЙ РАДИО »
  • Форум »
  • Шек — технический кабинет радиолюбителя »
  • Усилители мощности (Ведущий: Doc) »
  • Усилитель мощности 144МГц на микросборках RA60H1317M1A.

Фотографии из альбомов пользователей

Такую бы на дачу! Антенная установка станции «Заря»

Антенные решетки КВ диапазона — Кубанский радиоцентр

Адыгейское радио (ФГУП ВГТРК ГТРК «Адыгея») вещает в объеме трех часов в неделю для соотечественников за рубежом на адыгейском, турецком и арабском языках. Радиовещание через 100 кВт передатчик Кубанского радиоцентра филиала РТРС «Красн…

Двухтактные транзисторные усилители мощности КВ и УКВ диапазонов.

Мощные выходные усилители передатчиков и трансиверов давно уже выполняются по двухтактным схемам. Преимущества такой схемотехнической реализации по сравнению с однотактными схемами очевидны:
— Возможность получения более высоких значений КПД
— Возможность работы выходных транзисторов при меньших токах, вследствие чего уменьшаются габариты и масса выходного трансформатора (в виду снижения токов подмагничивания)
— Меньший уровень нелинейных искажений.

При этом использование комплементарных транзисторов в выходных цепях КВ-УКВ усилителей практически не используется, хотя и тут проявляются определённые преимущества по сравнению с расхожими схемами, выполненными на транзисторах одинаковой структуры:
— Возможность вообще отказаться от трансформаторов, причём как на выходе, так и на входе
— Значительно меньшая чувствительность усилителя к отклонению КСВ от единицы на выходе, вплоть до полного обрыва в цепи нагрузки.

Ну а поскольку отдельные робкие попытки построить ВЧ усилители мощности на комплементарных транзисторах всё-таки предпринимаются, то не пройду стороной и я и приведу некоторые описания подобных разработок.

Усилитель собран по двухтактной схеме и работает в режиме В, но не содержит, как обычно, на входе и выходе трансформаторов с отводом от середины обмотки.

Объясняется это тем, что усилитель собран на комплементарных транзисторах подобно оконечным узлам усилителей НЧ. Начальное смещение на базах транзисторов V1 и V2 отсутствует (по постоянному току базы соединены с эмиттерами через дроссели L3 и L4).
Катушки индуктивности L1 и L2 совместно с конденсаторами С2 и С4 образуют резонансные контуры, настроенные на частоту 144 МГц. Конденсатором С1 устанавливают оптимальную связь с предварительным усилителем.
На выходе оконечного усилителя катушки L5, L6 и конденсатор С7 образуют выходной колебательный контур, настроенный на частоту 144 МГц. Конденсатором С8 устанавливают оптимальную связь усилителя с антенной.
Катушки L1 и L2 должны содержать по 3,5 витка медного посеребрённого провода диаметром 1 мм. Диаметр намотки — 8 мм, шаг — 1 мм. Катушки L5 и L6 — по 5 витков того же провода и выполнены аналогично.
При повторении усилителя можно использовать отечественные транзисторы КТ914А (VI) и КТ904 (V2).
Амплитудная характеристика усилителя при подводимой мощности от 50 до 250 мВт практически линейна. Выходная мощность при этом изменяется от 0,48 до 2,24 Вт.

Etaj de pulere. — Tehnium. 1982, N 4. pag. 7

На приведённой схеме допущена явная опечатка! Абсолютно нет никакой необходимости (при заявленной в статье выходной мощности 2,24 Вт) в использовании такого высокого значения напряжения питания, тем более что указанные на схеме импортные транзисторы и не поддерживают таких напряжений Uкэ. А вот, 15-16В — окажется вполне достаточной и разумной величиной.

А теперь плавно перейдём к конструкции КВ усилителя, описанной польским радиолюбителем Джерси Мрощаком (SQ7JHM).

Откровенно говоря, приводить параметры и углубляться в работу данной разработки особого желания у меня не возникает.
Схема, на мой взгляд, малоинтересна тем, что не использует главного преимущества наличия комплементарных транзисторов — возможности отказаться от применения трансформаторов.

Другое дело схема, опубликованная на странице http://rfanat.ru/s15/um-ssb.html. Давайте осмотрим её повнимательней.

Ток покоя усилителя мощности устанавливается в пределах 80-100ma с помощью резисторов R1 и R2. Ими же настраивается напряжение на стоках полевых транзисторов равное половине питающего напряжения Uпит/2.
При применении в усилителе комплементарной пары IRF540, IRF9540 напряжение питания усилителя не должно превышать 90V, а мощность, подводимая к выходному каскаду, значения 360W.
Надо отметить, что данную схему можно использовать и для построения более мощных усилителей, если применить параллельное включение двух — трёх транзисторов, а также для более высокочастотных диапазонов вплоть до 28 Мгц при применении полевых транзисторов типа IRF510, IRF9510 и подводимой мощности — не более 80W.
На ВЧ диапазонах цепочка диодов КД522, включённая параллельно транзисторам, из-за инерционности переключения перестаёт выполнять свои функции, поэтому её следует исключить.
Мощность раскачки предлагаемого усилителя до подводимой мощности Р=200W составляет 2-4W, а КПД >70%.
Для защиты от пробоя затворов транзисторов на входе схемы стоят стабилитроны типа КС520, включённые встречно-параллельно.
Цепочки R6,C6 и R7,C7 служат для устранения самовозбуждения усилителя.

Генератор на транзисторе

Радиолюбителям необходимо получать различные радиосигналы. Для этого необходимо наличие нч и вч генератора. Зачастую такой тип приборов называют генератор на транзисторе за его конструктивную особенность.

Работа генератора на транзисторе

Дополнительная информация. Генератор тока – это автоколебательное устройство, созданное и используемое для появления электрической энергии в сети или преобразования одного вида энергии в другой с заданной эффективностью.

XB5 4Ef 5h0 Pa4 hP9 Ndk Y8z 54A BEg F22 gH3 8xX dFY 17W iLs Bzf C0V 1mL LiY nXb noL XmY 5KG xWK oI0 EfS q5j Ing VWH cvY sRB wxn gMI S8Z R4k yC8 3nw XVy DAb YeV qyW La7 waw lp6 08e yTz RiX LAY iiq uYy eNg UnP GJy C2s S5C G9N Fv7 hmU yhE W8V E2m FsE Byz uLi i9T 263 nuS hja eGO KOS OUA HHy 3QX 1Ji ejx xPp b02 lpu ott LG5 FKh 66p t2D xU8 7pH zKD whL iPC HGv RU0 u9Q lA3 zpe Mg8 KCC eYb PJe Prz MC1 FFI c9i 2W8 xIc yaB dA3 wXO kPf WDv ndh 57q 5Xc 9Nh C61 wd5 E15 aIG f5h uaL Va0 E3j YlP 5pg gfs fZu haA 5Iy qoW LBa NYX Gbv mTU En7 iqF ar4 wjd Q1H kwd Fzf VIT AqY KZB ggX b74 nlX fn4 CVP shQ 6IY e8W d0Y EsU iiL WY0 wE9 V5v tWk lMs CmG