Статические и динамические параметры нелинейного элемента

Если к нелинейному элементу приложить постоянные напряжения, то он будет характеризоваться статическими параметрами.

Для диода статическое сопротивление определяется просто как отношение приложенного напряжения к соответствующему току:   . (Рис. 20)

Рис. 20

Для триода, заданного семейством ВАХ, статический режим определяется постоянными токами и напряжениями как во входной, так и в выходной цепях (точка А на рис. 21). Можно говорить о входном и выходном статических сопротивлениях в точке А.

Рис. 21

Совокупность значений постоянных токов и напряжений в нелинейном элементе определяет статический режим, т.е. режим покоя, или рабочую точку нелинейного элемента.

Положение рабочей точки определяет в дальнейшем работу нелинейного элемента в динамическом режиме, когда к нему будет приложен какой-либо сигнал.

Динамическим сопротивлением называется отношение малых приращений (производная) напряжения к току в рабочей точке рис. 22. Определяется наклоном касательной. Разные положения рабочей точки характеризуют различную величину динамического сопротивления.

Рис. 22

Аналогично могут быть определены и другие параметры нелинейного элемента, например, емкость варикапа по характеристике С(U) .

Если изменения напряжений и токов в НЭ в результате воздействия сигнала таковы, что нелинейностью его ВАХ в рабочей точке можно пренебречь, то режим нелинейного элемента можно считать линейным. Его называют режимом малого сигнала. Для этих изменений токов и напряжений могут быть применены обычные методы расчета линейных цепей, а сам НЭ может быть заменен линейным двухполюсником или четырехполюсником. В этом случае для электрических расчетов применяют линейные модели НЭ.

Режим большого сигнала характеризуется тем, что сигнал, приложенный к нелинейному элементу относительно рабочей точки, занимает большую часть нелинейной ВАХ. В этом случае форма тока не соответствует форме приложенного напряжения, т.е. имеет место нелинейное преобразование сигнала. Для анализа таких режимов работы НЭ применяют различные способы аппроксимации ВАХ. Наиболее часто используются кусочно-линейная или полиномиальная аппроксимация в окрестности рабочей точки.

Классификация усилителей

Признаки классификации:

• Характер входного сигнала.

• Назначение.

• Режим работы нелинейного активного элемента.

• Тип активного элемента.

• Полоса усиливаемых частот.

По характеру усиливаемых сигналов различают:

• Усилители непрерывных сигналов. Здесь пренебрегают процессами установления. Основная характеристика – частотная передаточная.

• Усилители импульсных сигналов. Входной сигнал изменяется настолько быстро, что переходные процессы в усилителе являются определяющими при нахождении формы сигнала на выходе. Основной характеристикой является импульсная передаточная характеристика усилителя.

По назначению усилителя делятся на:

• усилители напряжения,

• усилители тока,

• усилители мощности.

Все они усиливают мощность входного сигнала. Однако собственно усилители мощности должны и способны отдать в нагрузку заданную мощность при высоком коэффициенте полезного действия.

С точки зрения выбора режима работы активного элемента различают:

• Режим слабого сигнала. Нелинейный активный элемент работает в квазилинейном режиме. Применяется в усилителях напряжения или тока.

• Режим большого сигнала. Применяется в усилителях мощности.

По типу используемых активных элементов усилители делятся на ламповые; транзисторные; диодные; параметрические; СВЧ-усилители, работающие с помощью специальных СВЧ-приборов  и др.

В зависимости от вида частотной передаточной характеристики усилителя и абсолютным значениям полосы частот различают:

• Усилители постоянного тока (УПТ). Такое название обусловлено тем, что они способны усиливать очень медленные изменения сигналов (в том числе постоянные) , т.е. рабочая полоса частот начинается от нулевой частоты до некоторой верхней граничной частоты. Величина верхней граничной частоты f_в зависит от вида усиливаемых сигналов. Так, если УПТ используется в канале изображения телевизионной системы, то f_в составляет 6 - 6,5 МГц , т.е. УПТ это, как правило, широкополосный усилитель.

• Усилители низкой частоты (усилители звуковой частоты). Название условное, оно подчеркивает, что нижняя граничная частота лежит в области низких частот, несоизмеримо ниже верхней граничной частоты. Само значение верхней граничной частоты может быть разным: от единиц-десятков КГц до сотен МГц. АЧХ таких усилителей имеет вид:

• Усилители радиочастоты (полосовые усилители, усилители высокой частоты, избирательные усилители). АЧХ таких усилителей имеет вид:  

Полоса частот усилителя значительно меньше средней частоты: