УСИЛИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

УСИЛИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ устройство, предназначенное для усиления электрических (электромагнитных)
колебаний в системах многоканальной связи, радиоприёмной, радиопередающей,
измерительной и др. аппаратуре. Такое усиление представляет собой процесс
управления источником энергии (источником питания У.э. к.) в результате
воздействия на него усиливаемых колебаний через усилит.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 Ро (источника питания)
заметно превышает управляющую P(источника усиливаемых
колебаний), наз. входной мощностью (рис. 1). Часть Ро, отдаваемая во внешнюю
цепь (в нагрузку), именуется выходной мощностью PВ
отличие от пассивной цепи, т. е. цепи, не содержащей источника энергии,
напр. трансформатора электрического, коэффициент усиления мощности
(коэфф. передачи) У. э. к. K1.
Наряду
с усилением мощности У, э. к. способен усиливать напряжение и ток источника
колебаний, что оценивается коэффициентом усиления напряжения
Кv = Uи
коэффициентом усиления тока K= I(Uи ток соответственно на входе и выходе У. э. к.).

В одних приборах (напр.,
лабораторных генераторах электрич. колебаний) У. э. к. используется для
усиления гармонических колебаний, в других (напр., радиоприёмниках)
- для усиления сигнала сложной формы, представляющего собой сумму множества
гармонич. колебаний с разными частотами и амплитудами. В общем случае У.
э. к. служит для повышения уровня сигналов различного вида, к-рое оценивается
прежде всего величиной КПростейший У. э. к. выполняют
на 1 усилит. элементе. При необходимости получения Кбольшего,
чем такой У. э. к. может обеспечить, применяют более сложный У. э. к.,
содержащий несколько каскадов усиления.



Классификация У. э. к.
В зависимости от вида применяемых усилит. элементов различают транзисторные
и ламповые У. э. к., диодные регенеративные усилители, параметрические
усилители, диэлектрические усилители, магнитные усилители, усилители
на клистронах и лампах бегущей волны, квантовые усилители (см.
также Мазер).

В транзисторных У. э. к.,
собранных на биполярных транзисторах или полевых транзисторах, в
зависимости от того, какой из выводов усилит. элемента является общим для
входа и выхода усилит. каскада, различают каскады с общим эмиттером или
истоком (рис. 2, а и б), с общей базой или затвором (рис.
2, в и г) и с общим коллектором или стоком (см. рис., т. 20, стр. 83).
В У. э. к. на биполярных транзисторах из-за наличия входного тока на управление
транзистором приходится затрачивать определённую мощность. Этот недостаток
в меньшей мере присущ каскадам с общим эмиттером (обладающим сравнительно
большим входным сопротивлением - до неск. ком), в большей - каскадам
с общей базой (десятки ом). Кроме того, первые обеспечивают Кр,
на порядок больший, чем вторые (неск. тыс.), что является их осн. преимуществом.
Каскады с общей базой, однако, более устойчивы в работе, менее критичны
к изменениям темп-ры или смене транзистора, вносят весьма небольшие нелинейные
искажения; они используются преим. в оконечных ступенях мощных У. э. к.
Полевой транзистор по своим осн. 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. э. к. 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, напр.,
видеоусилитель).
Различают селективные (избирательные) и апериодические (неизбирательные)
У. э. к. К селективным относятся усилители колебаний принимаемой (высокой)
и промежуточной частот радиоприёмника; 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. э. к. к
идеальной (прямоугольной). В группу апериодич. У. э. к. входят усилители
звуковой частоты, видеоусилители, усилители импульсных сигналов и др.

Примеры практического использования
У. э. к. Усилитель промежуточной частоты радиоприёмного устройства в одних
вариантах содержит неск. каскадов с двухкон-турными (рис. 3) или более
сложными электрич. фильтрами, в других он может представлять собой апериодич.
усилитель с высокоселективными системами во входной и выходной цепях.

В мощных радиопередающих
устройствах находит применение ламповый усилитель В Ч. В оконечном каскаде
такого У. э. к. (рис. 4) нагрузкой служит передающая антенна, обычно связанная
с усилителем посредством фидера.

В транзисторных усилителях
систем многоканальной связи ширина полосы зависит от числа телеф. каналов:
при 300 каналах она лежит в пределах 60-1300 кгц, при 1920 - верхняя
граница приближается к 9 Мгц, при 10800 - к 6ОМгц. Напр.,
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 жёстким требованиям, предъявляемым к допустимому уровню
нелинейных искажений в системах дальней телеф. связи. При помощи такой
обратной связи удаётся также реализовать не зависящие от усилит. свойств
каскадов входное и выходное сопротивления и притом таких значений, к-рые
обеспечивают согласование с подключёнными к У. э. к. линиями, напр.
коаксиальными кабелями. Транзистор Tвключённый
по схеме с общей базой, соединён последовательно с транзистором Тобразуя с ним т. н. каскодный усилит, каскад (с широкой полосой пропускания
и повышенной линейностью).

Операционный усилитель, применяемый
для выполнения определённых математич. операций - суммирования, дифференцирования,
интегрирования и т. д., - представляет собой усилитель постоянного тока
с большим коэфф. усиления К(достигающим 10⁵),
обычно в интегральном исполнении (см. Микроэлектроника). В комплексе
с внешними элементами, образующими цепь обратной связи, операционный усилитель
получил назв, решающего усилителя; он используется в вычислит. технике.
В операц. 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 придаёт усилителю его первый каскад, выполненный пот. н. дифференциальной
схеме, реагирующей на разность входных напряжений (в результате сигналы
с разной полярностью складываются, а с одинаковой - вычитаются и при столь
большом Кпрактически не влияют на выходной сигнал).
Инвертирующий вход обычно используется и для создания отрицательной или
частотно-зависимой обратной связи.

Усилитель звуковой частоты,
используемый, напр., при звукоусилении, обычно заканчивается двухтактным
каскадом усиления.

Такой каскад содержит 2 усилит.
элемента, работающих со сдвигом фаз усиливаемых колебаний на 180°.
Для возбуждения двухтактного каскада, состоящего из однотипных усилит.
элементов (напр., транзисторов р-п-р -типа), используют фазоинверсный
предоконечный каскад (фазоинвертор) или трансформатор, вторичная
обмотка к-рого имеет вывод от средней точки (рис. 7); каскад, содержащий
разнотипные элементы (т. н. комплементарные структуры, напр. транзисторы
р-п-р-
и
п-р-n-типов), возбуждается от источника однофазного напряжения,
т. е. от обычного однотакт-ного 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. э. к. звуковой частоты
на транзисторах: одиночных комплементарных (с выходной мощностью до 1 вт)
и
т. н. составных (с выходной мощностью неск. десятков
вт и более).
Отсутствие трансформаторов допускает изготовление У. э. к. 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 отрицат. 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; Калихман С. Г., Левин Я. М., Основы теории расчёта радиовещательных
приёмников на полупроводниковых приборах, М., 1969; Ра-диопередающие устройства,
М., 1969; Цыкин Г. С., Усилительные устройства, M.,Г. В., Усилительные устройства, М., 1975. Г. В. Войшвилло.