Принцип дії підсилювача базується на перетворенні енергії джерела живлення в енергію сигналу. Основну функцію перетворювача енергії в підсилювачі виконує активний підсилювальний елемент, здатний з невеликою вхідною енергією керувати значно більшою енергією джерела живлення.
Мінімальну частину підсилювача, що зберігає основну функцію - здатність підсилювати сигнали, - називають каскадом підсилення. Каскад підсилення складається з підсилювального елементу (деколи декількох елементів) і ланцюгів, що забезпечують заданий режим елементу і згідність з джерелом сигналу і навантаження.
По типу підсилювальних елементів підсилювачі діляться на транзисторні, лампові, параметричні, магнітні, квантові та інші. Найбільш універсальними і широко використовуваними є транзисторні підсилювачі. По потужності підсилювальних сигналів розрізняють каскади підсилювання слабких і сильних коливань. В підсилювачах слабких сигналів амплітуда коливань займає малу ділянку вольт-амперної характеристики підсилювального елементу. Тому такі підсилювачі є лінійними. В підсилювачах сильних сигналів використовуєтся більша частина характеристики підсилювального елементу, часто з відсічкою струму. Потужність в такому режимі близька до максимальної, і тому такі підсилювачі називаються підсилювачами потужності.
Підсилювачі низької частоти використовуються для підсилення неперервних періодичних сигналів, частотний спектр яких лежить в межах десятків герц до десятків кілогерц.
Основні характеристики і показники підсилювачів:
1) Коефіцієнт підсилення показує, у скільки разів напруга, струм або потужність вихідного сигналу перевищує вхідний сигнал.
[1].
2) Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) - залежність модуля коефіцієнта підсилення від частоти.

3) Фазо-частотна характеристика (ФЧХ).
- залежність аргументу коефіцієнту підсилення від частоти.
4) Діапазон підсилення:
, де
- частота верхнього зрізу,
- частота нижнього зрізу (це частоти, при яких коефіцієнт підсилення досягає
).
5) Вхідний і вихідний опір підсилювача:
Підсилювач можна розглядати як активний чотирьохполюсник, до входів якого підключені джерело вхідного сигналу і навантаження. Джерело вхідного сиганлу має вхідний опір. Зі сторони виходу підсилювач представлений у вигляді генератора напруги з ЕРС і внутрішнім опором. Звідси:

6) Коефіцієнт гармонік (коефіцієнт спотворення) - показує, на скільки процентів змінився сигнал на виході.
, де
- гармоніка. Він вводиться за рахунок того, що транзистор має нелінійну вхідну характеристику.
7.3 Зворотній зв'язок в підсилювачах
Обратной связью называется эффект подачи части выходного напряжения усилителя на его вход. Разработка в 1927 году принципов обратной связи (ОС) позволило резко изменить важнейшие параметры усилителей , поэтому в настоящее время ОС является неотъемлемой частью любого высококачественного усилителя.
Рисунок 1.4 - Структура обратной связи
Выходное напряжение звена обратной связи, равное:


коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью:

Выражение в знаменателе " 1 +/- К
" называется глубиной обратной связи и показывает во сколько раз изменяется коэффициент усиления под влиянием ОС.
Знак "+" соответствует отрицательной обратной связи (ООС), которая уменьшает коэффициент усиления усилителя. Особенностью ООС является то, что при больших К значение К
>> 1 и выражение для коэффициента усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью принимает вид:

Если
,
, откуда следует, что коэффициент усиления неограниченно возрастает
и усилитель входит в режим самовозбуждения.
Рисунок 1.5 - Последовательная обратная связь
Рисунок 1.6 – Параллельная обратная связь
В зависимости от способа съема сигнала можно выделить обратную связь по напряжению (рис. 1.7), когда сигнал обратной связи Uос пропорционален напряжению на нагрузке усилителя. Если снимать сигнал с шунта, как показано на рис.1.8, то в усилителе реализуется обратная связь по току.
Рисунок 1.7 - Усилитель с ООС по напряжению
Рисунок 1. 8 - Обратная связь по току
Обратная связь может охватывать весь усилитель, как показано на рис. 1.4, или один каскад. В последнем случае обратная связь называется местной.
7,4 Диференційні підсилюючі каскади
Схемные построения на эмитерно связанных транзисторах Та или иная модификация дифференциального каскада входит в основу усилительной микросхемотехники. Принципиальная схема простейшего базового дифференциального усилителя – с симметричной нагрузкой и симметричным входом.
Нагрузка включена в сбалансированную по постоянному току диагональ моста. У идентичных транзисторов V1 иV2 все параметры при любом дестабилизирующем воздействии меняются одинаково, следовательно потенциалы коллекторов транзисторов V1 иV2 равны, а на нагрузке не наводится постоянное напряжение. Медленно меняющееся напряжение на выходе усилителя при отсутствии входного сигнала, является характерным недостатком усилителей постоянного тока с непосредственной связью между каскадами. Методом борьбы с дрейфом нуля является использование ДУ в качестве первых каскадов. Реально, конечно, из-за разброса параметров транзисторов дрейф не исчезает, а уменьшается в 10-100 раз. ДУ имеет напряжение на его нагрузке пропорционально разности входных сигналов:
Различают воздействие на ДУ противофазного U вх1 = -U вх2 и синфазного U вх1 = U вх2 сигналов. При противофазном воздействии переменные составляющие эмиттерных токов через эмиттер протекает только постоянный ток
а по переменному току потенциал точки a равен 0. Поэтому можно считать, что V1 иV2 включены по схеме с ОЭ и показатели ДУ определяются показателями каскада с ОЭ. Коэффициент усиления напряжения одного плеча
Входное сопротивление одного плеча
Входное сопротивление ДУ
При воздействии синфазного сигнала для симметричной схемы Uвхд = 0 , т.е. синфазный входной сигнал полностью подавляются. Степень симметрии схемы зависит от Rэ, на котором за счет протекания переменных составляющих токов эмиттера ( I ~ = I э1 + I э 2 = 2 I э ). Поскольку для синфазного сигнала в ДУ Rвх ос входное сопротивление ДУ для синфазного сигнала Rв х ос = U вх с / I б;
напряжение на выходе пропорционально разности входных сигналов, так как транзистор V 2 управляется разностным сигналом (двойное управление). Коэффициент усиления напряжения ДУ определяется коэффициентом усиления плеча Ku д Как показано выше, чем больше Rэ , тем больше подавление синфазной помехи, меньше дрейф нуля, большая симметрия схемы, что объясняется действием ООС по переменному току.