Підсилювачі та їх класифікація

Підсилення – це найпростіший і базовий вид будь-яких перетворень електричних сигналів. Навіть тоді, коли для виконання основної функції, наприклад, перетворення спектрів сигналів, досить мати тільки нелінійний елемент, тобто діод, використовують підсилювальні елементи – транзистори, ставлячи їх в нелінійні режими роботи, і тим самим одночасно перетворюють і підсилюють сигнали.

Рисунок 1. Узагальнена структурна схема підсилювального каскаду (а) і класифікація підсилювачів (б)

Підсилення – це збільшення амплітуди напруги, струму або потужності електричних сигналів за рахунок енергії джерела живлення Еж (як правило, джерела постійного струму). Для виконання цієї операції будують однокаскадні або багатокаскадні підсилювачі, які складаються з підсилювальних елементів, навантаження у вигляді електричного фільтра і допоміжних елементів, які забезпечують встановлення і стабілізацію положення робочої точки для забезпечення заданого режиму роботи підсилювального елемента. Для стабілізації роботи та одержання бажаних характеристик і параметрів підсилювачі охоплюють різними видами зворотних зв’язків, наприклад, передаванням частини підсиленого сигналу з виходу на вхід (при цьому зв’язки можуть бути не тільки в межах одного каскаду, а й міжкаскадними). На рис.1, а показано структурну схему підсилювального каскаду.

Підсилювальними елементами в електронних підсилювачах можуть бути транзистори, інтегральні схеми, електронні лампи. Залежно від вибору положення робочої точки та амплітуди діючого на вході сигналу підсилювальні елементи можуть використовуватись в лінійному або нелінійному режимах. Відповідно одержують лінійні та нелінійні підсилювачі.

Збільшення потужності можна досягти переважним збільшенням напруги або струму. Відповідно, каскади називають підсилювачами напруги або підсилювачами струму. Якщо ж збільшення потужності сигналу обумовлене одночасним збільшенням напруги і струму, то такий каскад називають підсилювачем потужності. Підсилювачі потужності працюють, як правило, в нелінійному режимі. На основі нелінійних підсилювачів будують також генератори та перетворювачі спектрів електричних сигналів.

Залежно від спектра частот підсилювальних сигналів розрізняють підсилювачі постійного струму ППС (з нижньою граничною частотою, що прямує до нуля), підсилювачі звукових частот ПЗЧ (смуга частот підсилювальних сигналів 20-20 000 Гц), відеопідсилювачі ВП (смуга частот 20 Гц-10 МГц), підсилювачі радіосигналів з частотами сигналів вище 100 кГц. Частотний діапазон підсилювача залежить в основному від виду навантаження і типу зворотного зв’язку, а на досить високих частотах також від частотних властивостей підсилювального елемента. Окрему групу підсилювачів складають операційні підсилювачі та підсилювачі із спеціальними видами амплітудних характеристик.