Підсилювач електричних коливань - Електротехніка - Терміни та визначення - РЗА
пристрій, призначений для посилення електричних (електромагнітних) коливань у системах багатоканального зв'язку, радіоприйомної, радіопередаючої, вимірювальної та ін апаратурі. Таке посилення являє собою процес управління джерелом енергії (джерелом живлення У. е. до.) в результаті впливу на нього коливань, що підсилюються, через підсилювальний елемент - найчастіше транзистор, електронну лампу, тунельний діод, параметричний діод, вариконд або індуктивності котушку з сердечником з феромагнітного матеріалу та ін. При цьому суттєво, що керована потужність P0 (джерела живлення) помітно перевищує керуючу P1 (джерела посилених коливань), називається вхідною потужністю (рис. 1). Частина P0, що віддається у зовнішній ланцюг (на навантаження), називається вихідною потужністю P2 На відміну від пасивного ланцюга, тобто ланцюга, що не містить джерела енергії, наприклад трансформатора електричного, коефіцієнт посилення потужності (коефіцієнт передачі) У. е. к. Kp = P2/P1>1. Поряд із посиленням потужності У. е. к. здатний посилювати напругу і струм джерела коливань, що оцінюється коефіцієнтом посилення напруги Ku = U2/U1 і коефіцієнтом посилення струму Ki = I2/I1(U1, I1 і U2, I2 - напруга і струм відповідно на вході та виході У. е.). к.).
В одних приладах (наприклад, лабораторних генераторах електричних коливань) У.е. к. використовується для посилення гармонійних коливань, в інших (наприклад, радіоприймачах) – для посилення сигналу складної форми, що є сумою безлічі гармонійних коливань з різними частотами і амплітудами. У загальному випадку У. е. к. служить підвищення рівня сигналів різного виду, яке оцінюється насамперед величиною Kp.Найпростіший У. е. до. виконують на 1 підсилювальному елементі. При необхідності отримання Kp, більшого, ніж такий У. е. до. може забезпечити, застосовують складніший У. е. к., що містить кілька каскадів посилення.
Класифікація У. е. к. Залежно від виду застосовуваних підсилювальних елементів розрізняють транзисторні та лампові У. е. к., діодні регенеративні підсилювачі, параметричні підсилювачі, діелектричні підсилювачі, магнітні підсилювачі, підсилювачі на клістронах і лампах хвилі, що біжить, квантові підсилювачі (див. також Мазер).
У транзисторних У. е. к., зібраних на біполярних транзисторах або польових транзисторах, залежно від того, який із висновків підсилювального елемента є загальним для входу та виходу підсилювального каскаду, розрізняють каскади із загальним емітером або витоком (рис. 2, а та б), із загальною базою або затвором (рис. 2, б і г) та із загальним колектором або стоком. У У. е. к. на біполярних транзисторах через наявність вхідного струму управління транзистором доводиться витрачати певну потужність. Цей недолік меншою мірою притаманний каскадам із загальним емітером (що має порівняно великий вхідний опір – до кількох кому), у більшій – каскадам із загальною базою (десятки ом). Крім того, перші забезпечують Kp, на порядок більший, ніж другі (кілька тисяч), що є їхньою основною перевагою. Каскади із загальною базою, однак, більш стійкі в роботі, менш критичні до змін температури або зміни транзистора, вносять невеликі нелінійні спотворення; вони використовуються переважно в кінцевих щаблях потужних У. е. к. Польовий транзистор за своїми основними параметрами (крутизні характеристик, вхідному опору, напрузі відсічки та ін.) - дуже близький аналог електронної лампи, що використовується в лампових У е. к. (за способомвикористання електродів їй аналогічні як польовий, так і біполярний транзистори: катоду відповідають витік та емітер, сітці – затвор та база, аноду – стік та колектор). Це дозволяє застосовувати результати досліджень лампових каскадів із загальним катодом, сіткою або анодом до відповідних каскадів на польових транзисторах.
Приклади практичного використання У. к. Підсилювач проміжної частоти радіоприймального пристрою в одних варіантах містить кілька каскадів з двоконтурними (рис. 3) або більш складними електричними фільтрами, в інших він може являти собою аперіодичний підсилювач з високоселективними системами у вхідному та вихідному ланцюгах.
У потужних радіопередаючих пристроях знаходить застосування ламповий підсилювач ВЧ. В кінцевому каскаді такого У. е. к. (рис. 4) навантаженням служить передавальна антена, зазвичай пов'язана з підсилювачем за допомогою фідера.
Транзистор T4, включений за схемою із загальною базою, послідовно з'єднаний з транзистором T3, утворюючи з ним т.з. каскодний посилить. каскад (з широкою смугою пропускання та підвищеною лінійністю).
Операційний підсилювач, що застосовується для виконання певних математичних операцій - підсумовування, диференціювання, інтегрування і т.д., - являє собою підсилювач постійного струму з великим коефіцієнтом посилення KU (що досягає 10 5 ), зазвичай в інтегральному виконанні (див. Мікроелектроніка). У комплексі із зовнішніми елементами, що утворюють ланцюг зворотного зв'язку, операційний підсилювач отримав назву вирішального підсилювача, він використовується в обчислювальнійтехніки. В операційному підсилювачі (рис. 6) є неінвертуючий вхід (що забезпечує в процесі посилення збіг полярностей поданого на нього сигналу та сигналу на виході) та інвертуючий (полярність змінюється на протилежну). Ця властивість надає підсилювачу його першого каскаду, виконаного за т.з. диференціальній схемі, що реагує на різницю вхідних напруг (в результаті сигнали з різною полярністю складаються, а з однаковою - віднімаються і при такому великому KU практично не впливають на вихідний сигнал). Інвертуючий вхід зазвичай використовується і для створення негативного або частотно-залежного зворотного зв'язку.
Підсилювач звукової частоти, який використовується, наприклад, при звукопідсиленні, зазвичай закінчується двотактним каскадом посилення.
Такий каскад містить 2 підсилювальні елементи, що працюють зі зсувом фаз коливань, що підсилюються, на 180°. Для збудження двотактного каскаду, що складається з однотипних підсилювальних елементів (наприклад, транзисторів р - п - р -типу), використовують фазоінверсний передкінцевий каскад (фазоінвертор) або трансформатор, вторинна обмотка якого має висновок від середньої точки (рис. 7); каскад, що містить різнотипні елементи (т.з. відпадає необхідність застосування трансформатора. У порівнянні з однотактним двотактним каскадом дозволяє отримувати набагато більшу вихідну потужність з меншими нелінійними спотвореннями. Поширені безтрансформаторні У. е. к. звукової частоти на транзисторах: одиночних комплементарних (з вихідною потужністю до 1 Вт) і т.з. складових (звихідний потужністю кілька десятків вт і більше). Відсутність трансформаторів допускає виготовлення У. е. к. у вигляді напівпровідникових та гібридних інтегральних мікросхем.
Ламповий підсилювач великої потужності використовується на вузлах провідного мовлення та в радіопередавачах (як модуляційний пристрій). Він зазвичай містить 4 двотактні каскади, охоплених порівняно глибоким негативним зворотним зв'язком з метою зменшення нелінійних спотворень, зниження фону на виході та отримання невеликого вихідного опору.
Лур'є Би. Я., Проектування транзисторних підсилювачів з глибоким зворотним зв'язком, М., 1965; Каліхман С. Р., Левін Я. М., Основи теорії розрахунку радіомовних приймачів на напівпровідникових приладах, М., 1969: Радіопередавальні пристрої, М., 1969; Цикін Р. С., Підсилювальні пристрої, М., 1971; Войшвілло Р. Ст, Підсилювальні пристрої, М., 1975.