ПГЕ “Джон Атанасов” гр.Стара Загора

 по

                                                              Процес

и и схеми в радиоелектрониката

                                                                 Прое

ктиране на нискочестотен усилвател

Изработил :Златина Кирилова Ангелова           Проверил: М. Бакоева

11 ‘’а’’ клас 

№

 3                                                          Подпис : . . . . . . . 

  
                                                                                        Оценка : . . . . . . .

   Задания:

     
Ризх =10 W

Rтов =4

 Ω

Еc = - 12 W

   Fнис = 20

 Hz

   Fвис = 15

KHz 

Мн=Мв = 

±1,5 dB

ТЕОРИТИЧНА

          ЧАСТ

Общи сведения за усилвателите

   Усилването на електрически сигнали е основен процес в радиоелектрониката, тъй 
като сигналите от източниците са слаби и не могат да се използват непосредствено. 
Така например сигналът от антената на радиоприемника е съвсем недостатъчен за 

задействане на високоговорителя, токът на входа на електронния волтметър се усилва 
за да отклони стрелката на уреда и т. н.

За усилването на електрически сигнали е характерно следното:

- изходната мощност е по-голяма от входната за сметка на захранващия източник;
- изходният и входният сигнал трябва да са еднакви по форма, за да се запази 
информацията, която се съдържа в тях;
- отношението на изходния и входния сигнал трябва да е независимо от честотата 
и амплитудата.

Усилвателят е устройство, с което се осъществява усилване на 

електрически сигнали.

  
На фигурата е дадена принципната 
схема на транзисторен усилвател. 
Транзисторът усилва сигнала, като 
му придава енергия от източника 
на захранване Е2 чрез 
преобразуване. Източникът Е1 и 
резисторът RB установяват режима 
на работа на транзистора. 
Резисторът RC служи за товар, като 

през него се подава захранването на транзистора от източника Е2. Кондензаторите Cp1 
и Cp2 отделят съответно източника на сигнала eи и волтметъра V, тъй като протичането 
на постоянен ток през тях би нарушило режима на работа. Едновременно с това 
кондензаторите пропускат сигнала, защото съпротивлението им за променлив ток е 
много малко.

Източниците на захранване са пренебрежимо малки съпротивления за сигнала.
Усилването на сигнала се дължи на обстоятелството, че измененията на тока във 

веригата на базата предизвикват изменения на колекторния ток. Както е известно:

∆
∆

I
I

h

C

B

2 1 e

=

Сигналът във  веригата на базата управлява измененията на тока

∆

I

B

и тъй като 

h21Е>>1, измененията на тока в колекторната верига 

∆

I

C

 са много по-големи, т. е. 

транзисторът усилва сигнала. При това изходната мощност е много по-голяма от 
входната. Усилвателният елемент (транзисторът) и електрическите вериги, които 
служат за връзка с източника на сигнала и с товара образуват 

усилвателно стъпало.

Съвременните усилвателни устройства са многостъпални.

Класификация на усилвателите

Усилвателите се разделят на редица видове по различни признаци:

По вида на усилваните сигнали, усилвателите се делят на:

Усилватели на хармонични сигнали

 или на кратко хармоничните усилватели са 

предназначени за усилване на хармонични сигнали, т. е. на периодични сигнали с 
различна стойност и форма, хармоничните съставящи на които се изменят сравнително 
бавно (много по-бавно от продължителността на преходните процеси в усилвателя). 
Към тези усилватели спадат микрофонните и магнетофонните усилватели, 
киноусилвателите, усилвателите за радиоразпръскване и редица други усилватели.

Усилватели на импулсни сигнали

 или на кратко импулсните усилватели са 

предназначени за усилване на импулсни периодични и непериодични сигнали с 
различна стойност и форма. Преходните процеси в такива усилватели трябва да 
протичат много бързо, значително по-бързо от времето на установяване на фронтовете 
на усилваните импулси. Към импулсните усилватели спадат усилвателите на 
радиолокационни устройства, усилвателите на сигнали на телевизионни изображения 
(видеоусилвателите), усилвателите на импулсни системи за връзка, усилвателите на 
броячни устройства, усилвателите на много системи за регулиране и управление и т. н.

В зависимост от усилваната честотна лента усилвателите се делят на:

 Усилватели на променлив ток

, които усилват сигнали в честотната лента от 

най-ниската работна честота 

ƒ

Н > 0 до най-високата работна честота 

ƒ

В, но не усилват 

постоянната съставяща на сигналите.

Усилватели на постоянен ток

, които усилват сигнали в честотната лента от 

нула (

ƒ

Н = 0) до най-високата работна работна честота 

ƒ

В; те усилват както 

променливите съставящи на сигнала, така и неговата постоянна съставяща.

Високочестотни усилватели

 (ВЧУ), които усилват модулирани високочестотни 

сигнали, например електрическите трептения с радиочестоти, приемани от антената на 
радиоприемника.

Нискочестотни усилватели 

(НЧУ), усилващи електрическите трептения на 

първичния непреобразуван сигнал. Своето наименование, което понастоящем често 
пъти не съответства на работната честотна лента, НЧУ са получили в началото на 
развитието на усилвателната техника, когато честотите на първичните сигнали не са 
превишавали няколко килохерца (говор, музика, телеграфни сигнали).

В зависимост от характера на зависимостта на коефициента на усилване от 
честотата се различават:

Резонансни усилватели

, в които усилването се изменя в зависимост от честотата 

на сигнала по крива, свързана със закона за изменение на съпротивлението на 
паралелен резонансен кръг.

Лентови усилватели

, в които усилването е почти постоянно в определена тясна 

честотна лента и рядко спада извън нейните граници. Резонансните усилватели и 
лентовите усилватели с тясна работна честотна лента се наричат също избирателни или 
селективни усилватели.

Широколентови усилватели

, са тези усилватели, които усилват много широка 

честотна лента, от порядъка на няколко мегахерца и повече.

В зависимост от предназначението им предназначението им усилвателите могат 
да се разделят на:

-предавателни;
-магнетофонни;
-телевизионни;
-радиолокационни и др.

В зависимост от вида на използваните в усилвателя усилвателни елементи, 
усилвателите се делят на:

-лампови;
-транзисторни;
-интегрални;
-магнитни;
-диелектрически и др.

Ламповите и транзисторните усилватели се наричат електронни усилватели тъй като 
принципът на тяхното действие е основан на електронни процеси във вакуум и в 
полупроводници.

В зависимост от големината на сигнала се разделят на:

-предусилватели;
-крайни усилватели.

В зависимост от броя на усилвателните стъпъла:

-едностъпални;

-многостъпални.

В зависимост от връзката между усилвателните стъпала:

-с трансформаторна връзка;
-с RC връзка;
-с директна връзка.

Блокова схема на стерео усилвател

Преди сиг-налът от източ-ника да постъпи на крайното стъпало той трябва да се усили. 
Ето защо първо преминава през предварителни стъпала.Там той се усилва до опред
еленото ниво за крайното и предкрайното стъпало

 Оновни праметри на усилвателя:

Входно съпротивление

. Дава се с израза 

Rвх = Uвх / Iвх

Когато входният сигнал е променлив входното съпротивление е по променлив ток и се 
нарича още динамично или диференциално. На практика за нискомен вход се смята 
този с Rвх<(5 kом-10 kом),а за високоомен - този с Rвх>(20-50 kом ) . 

Изходно съпротивление

.То се определя от израза 

Rизх = Uизх / Iизх

 като ако изходният сигнал е променлив се нарича още диференциално или 
динамично.Ако Rизх <(2 k-5 k), е прието изходът да се нарича нискоомен.Ако Rизх 
>(20 k-50 k), тогава е налице високоомен изход. 

Изходна мощност

.Това е променливотоковата изходна мощност на усилвателя. На 

практика се използва понятието номинална изходна мощност. Това е мощността 
отделена в товара при определен коефицент на нелинейни изкривявания. Номиналната 
изходна мощност се определя от стойностите на номиналния изходен ток и 
номиналното изходно напрежение от формулите 

Pизх= Uизх. Iизх = Rт. Iизх

2

=Uизх

2

/Rт

Чувствителност

. Амплитудата на входното променливо напрежение при която на 

изхода се получава номиналната изходна мощност се нарича чувствителност на 
усилвателя. Усилвателя трябва да се проектира с чувствителност равна или по-висока 
от напрежението на сигнала от източника. 

Собствен шум

.На практика изходното напрежение на усилвателя не е равно на нула 

когато входното е равно на нула. Причината за това е собствения шум на транзисторите 
и резисторите, недобро филтриране на мрежовото напрежение, лошо екранирани или 
неекранирани входни вериги и други. Трябва да се има предвид, че основен източник 
на шум са първите стъпала на усилвателя тъй като техният шум се усилва по-нататък. 

Динамичен обхват

. Той характеризира способността на  усилвателя  да усилва както 

малки така и големи сигнали. Дина-мичният обхват се определя от израза 

D=Uвх max / Uвх min

където Uвх max и Uвх min са стойности на входното напрежение между които 
амплитудната характеристика (наричана още преда-вателна характеристика)  на 
усилвателя е линейна. Самата амп-литудна характеристика графично изразява 
зависимостта между изходното и входното напрежение на усилвателя при определена 
честота. 
Качествения  НЧУ трябва да има възможно най-голям динамичен обхват за да може да 
възпроизведе и най-тихите и най-силните тонове. Това се постига от една страна с 
повишаване на изходната мощност  а от друга - с намаляване на нивото на собствения 
шум. 

Коефициент на полезно действие /к.п.д./

 Той показва каква част от цялата 

консумирана от токоизточника мощност се превръща в полезна изходна мощност 

n=Pизх. ном.  / Pзахр.

К.п.д. на крайните стъпала зависи от режима на работа /класа на усилване/ К.п.д. по 
принцип е голям, когато постоянните токове в колекторните вериги са възможно по-
малки в сравнение с токовете на полезния сигнал.

Амплитудно-честотна характеристика /АХЧ/

. Това е графично изразената 

зависимост на коефициента на усилване по напрежение от честотата. При идеалните 
усилватели това е една права линия /а/ При реалните усилватели коефициентът на 

усилване по напрежение намалява с повишаване на честотата, поради което АЧХ вече 
не е права линия, а има формата, показана на фиг.б. Това се дължи преди всичко на 
влиянието на свързващите капацитети и на намаляване на коефициента на усилване по 
напрежение на самите транзистори при повишаване на честотата.

Амплитудно – честотна характеристика на идеален /а/ и реален /б/ усилвател

Неравномерност на АЧХ

. При реалните усилватели ходът на АЧХ не е права линия. 

Обикновено при ниските и при по-високите честоти има спадане на АЧХ. Освен това се 
срещат и случаи на подем /повдигане/ на характерис-тиката за дадена честотна област. 
Тези отклонения на коефициента на усилване в сравнение с усилването при средни 
честоти се наричат неравномерност на АЧХ. Поради особеностите на човешкото ухо се 
допуска из-вестна нерав-номерност на Кu в областта на ниските и вис-оките честоти. 
Практиката е показала, че най-голямото спадане на Кu, което все още не се забелязва от 
човешкото ухо, е 30% или 3dВ спрямо стойността му при средни честоти, напр. при 
1кНz.

Честотен обхват

  Това е обхватът от честоти, в границите на който коефициентът на 

усилване намалява с определена стойност. За качествените нискочестотни усилватели 
честотният обхват непременно трябва да покрива обхват от честоти, които човек чува, 
т.е.  20-20000Нz. 

ИЗКРИВЯВАНИЯ В НИСКОЧЕСТОТНИЯ УСИЛВАТЕЛ

Всяко изменение на формата на усилвания сигнал се нарича изкривяване. При 
нискочестотните усилватели се получават различни видове изкривявания на сигнала, 

породени от използуваните нелинейни елементи, от дълбоките отрицателни обратни 
връзки, зависимостта на коефициента на усилване от честотата и др. 

Основни схеми на свързване на биполярния транзистор. 

Класове на усилване

Основни схеми на свързване на биполярния транзистор

Основните схеми на свързване на биполярния транзистор са три:

Схема общ емитер:
 

а
б

На 

фигурата е показана схема на свързване общ емитер на биполярния транзистор. Схема 
(а) е реализирана с транзистор NPN тип, а схема (б)- с транзистор PNP тип.

Схема общ емитер има следните особености:

KU>1;

KI>1;

KP>1;

Схемата внася дефазиране между тока и напрежението на 180

°

.

Схема обща база:

   а

б 

На фигурата е показана схема на свързване обща база на биполярния транзистор. 

Схема (а) е реализирана с транзистор NPN тип, а схема (б)- с транзистор PNP тип.

Схема обща база има следните особености:

KU>1; KI<1;

KP>1;

Схемата не внася дефазиране между тока и напрежението.

Схема общ колектор (емитерен повторител):

             а

              б

На фигурата е показана схема на свързване общ колектор на биполярния транзистор. 
Схема (а) е реализирана с транзистор NPN тип, а схема (б)- с транзистор PNP тип.

Схема общ колектор има следните особености:

KU<1;

KI<1;

KP>1;

Схемата не внася дефазиране между тока и напрежението.

СХЕМИ НА СВЪРЗВАНЕ НА ТРАНЗИСТОРИТЕ

Схема общ емитер(ОЕ)

. Пи тази схема на свързване на транзистора, товарът се 

включва към емитера на транзистора.Схема ОЕ усилва по напрежение , мощност и 
ток.Дефазира изходния сигнал спрямо входния на 180 градуса.

схема ОЕ

Схема обща база (ОВ).

При схема обща база товарът е включен към колектора на 

транзистора , а променливия сигнал от генератора се подава на емитера.Схемата усилва 
сигналът по мощност  и напрежение,а не усилва по ток.Дефазиране 0 градуса

схема ОВ

Схема общ колектор (ОС).

Единствената схема при която базовият ток на транзистора 

минава през товара.Усилва по ток и мощност , а не усилва по напрежение.Дефазиране 0

схема ОС

СЪСТАВНИ ТРАНЗИСТОРИ

Съставни транзистори

. Това са два или повече транзистора, свързани така, че като 

цяло образуват усилвателен прибор с три извода. Характерното за такива транзистори е 
много големият коефициент на усилване по тоk 

b

, получен от умножението на 

коефициентите 

b

 на отделните транзистори.

Когато съставният транзистор се състои от два или повече еднотипни биполярни 
транзистора, колекторите на които са свързани, говорим за схема Дарлингтон /фиг. 3. 
По принцип схемата Дарлингтон може да се разглежда като обикновен биполярен 
транзистор с много голям коефициент 

b

, голямо входно и малко изходно 

съпротивление. На практика схемите Дарлингтон са изградени от нееднакви 
транзистори, като всеки следващ е по-мощен от предния. Като недостатък може да се 
спомене недобрата температурна стабилност на тази схема. 
Когато съставният транзистор се състои от два или повече биполярни транзистора с 
различна проводимост, той е комплементарен съставен транзистор. Качествата му са 
същите както на схемата Дарлингтон, с тази особеност, че първият транзистор определя 
типа на проводимост на целия съставен транзистор, т.е. от него зависи кой извод е 
колектор, кой - емитер и кой - база /фиг.4/

фиг.3

фиг.4

Класове на усилвана на биполярния транзистор

Клас A

На фигурата е показана проходната характеристика на усилвателен елемент. 

Изходният ток при липса на сигнал е IИЗХ0. На тази стойност съответства т.О, която се 
нарича работна точка. При режим клас A работната точка се разполага така, че 
изходният ток да протича през целия период на сигнала. За биполярния транзистор 
изходен е колекторният или емитерният ток.