Классификация аналоговых электронных устройств

Среди аналоговых электронных устройств разделяют две группы устройств: усилители и преобразователи аналоговых сигналов.

Усилители предназначены для усиления входного сигнала по напряжению, току или мощности без изменения его закона. Усилители являются самыми распространенными электронными устройствами. Их принято классифицировать по нескольким признакам:

1. По форме усиливаемого сигнала.
2. По диапазону усиливаемых частот.
3. По типу усилительного элемента.
4. По области применения.
5. По функциональному назначению.

По форме усиливаемых сигналов усилители классифицируются на усилители непрерывных сигналов и усилители импульсных сигналов. Усилители непрерывных сигналов – это усилители квазигармонических сигналов (квази – почти, условно), например, звуковых, которые изменяются во времени сравнительно медленно, так что переходные процессы в усилителе почти не проявляются. Свойства таких усилителей оценивают по качеству передачи гармонического колебания. Усилители импульсных сигналов предназначены для усиления импульсов различной формы, например, радиолокационных, телевизионных, телеграфных и т. д. В данных усилителях проявляются переходные процессы. Поэтому свойства таких усилителей оценивают по форме переходной характеристики.

По диапазону частот усилители классифицируются на усилители постоянного тока и усилители переменного тока. Усилителями постоянного тока называются такие усилители, которые усиливают сигналы с частотами, начиная с 0 Гц, т. е. способны усиливать как переменную, так и постоянную составляющие входного сигнала. Данные усилители применяют в электронных стабилизаторах напряжения и тока, в автоматике и телемеханике, измерительной аппаратуре. Усилителями переменного тока называются такие усилители, которые усиливают только переменную составляющую. Они усиливают колебания с частотами от нижней граничной частоты f_н до верхней граничной частоты f_в. За пределами этого диапазона частот, ширина которого называется полосой пропускания Δf усиление падает. Среди усилителей переменного тока выделяют:

а) усилители звуковой частоты, рабочий диапазон которых находится в пределах 20 Гц ... 20 кГц, причём верхняя граничная частота много больше нижней граничной частоты;

б) усилители радиочастоты, у которых отношение f_н/f_в примерно равно 1, а диапазон частот намного выше звуковых f_в >> 20 кГц и может доходить до десятков МГц. Эти усилители широко применяют в радиоприемных устройствах. В данных усилителях полоса пропускания формируется обычно с помощью колебательных контуров, включаемых в выходные цепи каскадов. Поэтому такие усилители называются резонансными. Все остальные усилители в отличие от них называются апериодическими;

в) широкополосные усилители, у которых f_н десятки Гц, а f_в до 100 кГц, к таким усилителям относят усилители видеотракта в телевизионной технике, видеоусилители радиолокационных приёмников и т. д.

По типу усилительных элементов усилители классифицируются на:

• усилители на интегральных микросхемах;
• транзисторные усилители;
• магнитополупроводниковые усилители;
• электронные (ламповые) усилители и др.

По области применения усилители классифицируются на:

• телевизионные;
• измерительные;
• радиолокационные;
• магнитофонные;
• микрофонные и др.

5. По функциональному назначению усилители классифицируют следующим образом. Если главным назначением усилителя является усиление напряжения, то он называется усилителем напряжения. Аналогично определяются усилители тока и усилители мощности. Кроме рассмотренных основных признаков классификации могут использоваться и другие, например: по типу питания (батарейное, сетевое); по числу каскадов; по конструктивному и технологическому исполнению и др.

Преобразователи аналоговых сигналов (ПАС) предназначены для преобразования входного сигнала по заданной математической функции.

Преобразователи аналоговых сигналов (ПАС) классифицируются на линейные и нелинейные ПАС. Линейные преобразователи аналоговых сигналов:

1. Безынерционные: алгебраические сумматоры.
2. Инерционные: интеграторы, дифференциаторы, активные RC-фильтры.

Нелинейные преобразователи аналоговых сигналов:

1. Безынерционные: логарифматоры, перемножители, делители, компараторы, функциональные преобразователи.
2. Инерционные – в настоящие время не нашли практического применения.

Устройства функционального преобразования сигналов подразделяются на безынерционные (частотно-фазовонезависимые) преобразователи и инерционные (частотно-фазовозависимые) преобразователи. Все эти устройства выполняются на базе усилителей либо путем непосредственного применения специальных цепей ООС, либо путем некоторого видоизменения.

Линейные безынерционные преобразователи выполняют математическую операцию алгебраического суммирования. Данные устройства должны обеспечивать отсутствие линейных (временных или частотных) искажений при выполнении суммирования. Это достигается путем выбора полосы пропускания устройства существенно шире полосы, занимаемой обрабатываемыми (входными) сигналами.

Линейные инерционные преобразователи выполняют математические операции – интегрирование и дифференцирование, а также используются в качестве активных фильтров. Для того чтобы устройство оставалось линейным, максимальное значение входного сигнала не должно входить в область ограничения амплитудной характеристики преобразователя.

Нелинейные безынерционные преобразователи выполняют логарифмирование и экспонирование (антилогарифмирование) входного аналогового сигнала. Данные преобразователи можно использовать для создания устройств, которые предназначены для решения более сложных функциональных преобразований (деление, умножение, возведение в целую и дробную степени). Для точного выполнения преобразований нелинейное безынерционное устройство должно быть частотно-фазовонезависимым в полосе частот входного сигнала.

Нелинейные инерционные преобразователи пока не нашли широкого практического применения, так как их расчет и проектирование связаны с решением нелинейных дифференциальных уравнений, аналитическое решение которых пока известно только для частых случаев.