|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Усилитель электрических колебаний | Усилитель электрических колебаний (далее У) устройство, предназначенное для усиления электрических (электромагнитных) колебаний в системах многоканальной связи, радиоприемной, радиопередающей, измерительной и др. аппаратуре. Такое усиление представляет собой процесс управления источником энергии (источником питания У) в результате воздействия на него усиливаемых колебаний через усилительный элемент – чаще всего транзистор, электронную лампу, туннельный диод, параметрический диод, вариконд или индуктивности катушку с сердечником из ферромагнитного материала и др. При этом существенно, что управляемая мощность 0 (источника питания) заметно превышает управляющую 1 (источника усиливаемых колебаний), называется входной мощностью (рис. 1). Часть 0, отдаваемая во внешнюю цепь (в нагрузку), именуется выходной мощностью 2 В отличие от пассивной цепи, т. е. цепи, не содержащей источника энергии, например трансформатора электрического, коэффициент усиления мощности (коэффициент передачи) У Kp = 2/ 1>1. Наряду с усилением мощности У способен усиливать напряжение и ток источника колебаний, что оценивается коэффициентом усиления напряжения u = 2/1 и коэффициентом усиления тока i = 2/1 (1, 1 и 2, 2 – напряжение и ток соответственно на входе и выходе У).
В одних приборах (например, лабораторных генераторах электрических колебаний) У используется для усиления гармонических колебаний, в других (например, радиоприемниках) – для усиления сигнала сложной формы, представляющего собой сумму множества гармонических колебаний с разными частотами и амплитудами. В оощем случае У служит для повышения уровня сигналов различного вида, которое оценивается прежде всего величиной p. Простейший У выполняют на 1 усилительном элементе. При необходимости получения p, большего, чем такой У может обеспечить, применяют более сложный У, содержащий несколько каскадов усиления.
Классификация У В зависимости от вида применяемых усилительных элементов различают транзисторные и ламповые У, диодные регенеративные усилители, параметрические усилители, диэлектрические усилители, магнитные усилители, усилители на клистронах и лампах бегущей волны, квантовые усилители (см. также Мазер).
В транзисторных У, собранных на биполярных транзисторах или полевых транзисторах, в зависимости от того, какой из выводов усилительного элемента является общим для входа и выхода усилительного каскада, различают каскады с общим эмиттером или истоком (рис. 2, а и б), с общей базой или затвором (рис. 2, б и г) и с общим коллектором или стоком. В У на биполярных транзисторах из-за наличия входного тока на управление транзистором приходится затрачивать определенную мощность. Этот недостаток в меньшей мере присущ каскадам с общим эмиттером (обладающим сравнительно большим входным сопротивлением – до нескольких ком), в большей – каскадам с общей базой (десятки ом). Кроме того, первые обеспечивают p, на порядок больший, чем вторые (несколько тыс.), что является их основным преимуществом. Каскады с общей базой, однако, более устойчивы в работе, менее критичны к изменениям температуры или смене транзистора, вносят весьма небольшие нелинейные искажения; они используются преимущественно в оконечных ступенях мощных У Полевой транзистор по своим основным параметрам (крутизне характеристик, входному сопротивлению, напряжению отсечки и др.) – весьма близкий аналог электронной лампы, используемой в ламповых У э. к. (по способу использования электродов ей аналогичны как полевой, так и биполярный транзисторы: катоду соответствуют исток и эмиттер, сетке – затвор и база, аноду – сток и коллектор). Это позволяет применять результаты исследований ламповых каскадов с общим катодом, сеткой или анодом к соответствующим каскадам на полевых транзисторах.
Всякий У характеризуется полосой пропускания частот. Если нижняя граничная частота полосы сколь угодно близка к нулю, имеем постоянного тока усилитель, если же она отделена от нуля конечным интервалом, – усилитель переменного тока (таков, например, видеоусилитель). Различают селективные (избирательные) и апериодические (неизбирательные) У К селективным относятся усилители колебаний принимаемой (высокой) и промежуточной частот радиоприемника; первые обычно содержат каскады с колебательными контурами (или резонаторами), настроенными на одну и ту же частоту, вторые – полосовые электрические фильтры, позволяющие приблизить форму амплитудно-частотной характеристики У к идеальной (прямоугольной). В группу апериодических У входят усилители звуковой частоты, видеоусилители, усилители импульсных сигналов и др.
Примеры практического использования У Усилитель промежуточной частоты радиоприемного устройства в одних вариантах содержит несколько каскадов с двухконтурными (рис. 3) или более сложными электрическими фильтрами, в других он может представлять собой апериодический усилитель с высокоселективными системами во входной и выходной цепях.
В мощных радиопередающих устройствах находит применение ламповый усилитель ВЧ. В оконечном каскаде такого У (рис. 4) нагрузкой служит передающая антенна, обычно связанная с усилителем посредством фидера.
В транзисторных усилителях систем многоканальной связи ширина полосы зависит от числа телефонных каналов: при 300 каналах она лежит в пределах 60–1300 кгц, при 1920 – верхняя граница приближается к 9 Мгц, при 10800 – к 60 Мгц. Например, усилитель на 300 каналов (рис. 5) обычно содержит 3 каскада с общим эмиттером, охваченных глубокой смешанной обратной связью (последовательно-параллельной по входу и выходу), позволяющей получить достаточно высокую выходную мощность и удовлетворить весьма жестким требованиям, предъявляемым к допустимому уровню нелинейных искажений в системах дальней телефонной связи. При помощи такой обратной связи удается также реализовать не зависящие от усилительных свойств каскадов входное и выходное сопротивления и притом таких значений, которые обеспечивают согласование с подключенными к У линиями, например коаксиальными кабелями.
Транзистор T4, включенный по схеме с общей базой, соединен последовательно с транзистором T3, образуя с ним т. н. каскодный усилит. каскад (с широкой полосой пропускания и повышенной линейностью).
Операционный усилитель, применяемый для выполнения определенных математических операций – суммирования, дифференцирования, интегрирования и т.д., – представляет сооой усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления (достигающим 105), обычно в интегральном исполнении (см. Микроэлектроника). В комплексе с внешними элементами, образующими цепь обратной связи, операционный усилитель получил название решающего усилителя, он используется в вычислительной технике. В операционном усилителе (рис. 6) имеются неинвертирующий вход (обеспечивающий в процессе усиления совпадение полярностей поданного на него сигнала и сигнала на выходе) и инвертирующий (полярность изменяется на противоположную). Это свойство придает усилителю его первый каскад, выполненный по т. н. дифференциальной схеме, реагирующей на разность входных напряжений (в результате сигналы с разной полярностью складываются, а с одинаковой – вычитаются и при столь большом практически не влияют на выходной сигнал). Инвертирующий вход обычно используется и для создания отрицательной или частотно-зависимой обратной связи.
Усилитель звуковой частоты, используемый, например, при звукоусилении, обычно заканчивается двухтактным каскадом усиления.
Такой каскад содержит 2 усилительных элемента, работающих со сдвигом фаз усиливаемых колебаний на 180°. Для возбуждения двухтактного каскада, состоящего из однотипных усилительных элементов (например, транзисторов р – п – р -типа), используют фазоинверсный предоконечный каскад (фазоинвертор) или трансформатор, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней точки (рис. 7); каскад, содержащий разнотипные элементы (т. н. комплементарные структуры, например транзисторы р – n – р- и n – р – n -типов), возбуждается от источника однофазного напряжения, т. е. от обычного однотактного каскада, и в этом случае отпадает необходимость применения трансформатора. По сравнению с однотактным каскадом двухтактный позволяет получать гораздо большую выходную мощность с меньшими нелинейными искажениями. Распространены бестрансформаторные У звуковой частоты на транзисторах: одиночных комплементарных (с выходной мощностью до 1 вт) и т. н. составных (с выходной мощностью несколько десятков вт и более). Отсутствие трансформаторов допускает изготовление У в виде полупроводниковых и гибридных интегральных микросхем.
Ламповый усилитель большой мощности используется на узлах проводного вещания и в радиопередатчиках (в качестве модуляционного устройства). Он обычно содержит 4 двухтактных каскада, охваченных сравнительно глубокой отрицательной обратной связью с целью уменьшения нелинейных искажений, снижения фона на выходе и получения небольшого выходного сопротивления.
Лит.: Лурье Б. Я., Проектирование транзисторных усилителей с глубокой обратной связью, М., 1965; С. Г., Левин Я. М., Основы теории расчета радиовещательных приемников на полупроводниковых приборах, М., 1969: Радиопередающие устройства, М., 1969; Цыкин Г. С., Усилительные устройства, М., 1971; Войшвилло Г. В., Усилительные устройства, М., 1975.
Г. В. Войшвилло.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
