Усилители

Усилители - устройства, предназначенные для усиления различных электрических сигналов. Усиление производится при помощи элементов, которые, получая энергию от источника питания, преобразуют ее в энергию усиливаемых сигналов. Широта применения и разнообразие выполняемых задач привели к созданию усилителей самых различных типов и назначений (усилители  тока,   напряжения, мощности).

Прежде всего, усилители разделяют по диапазону усиливаемых частот. Усилители низкой частоты предназначены для усиления электрических сигналов в полосе частот от 30 щ до 20 кгц. Усилители высокой частоты предназначены для усиления сигналов радиочастот от 100 кгц и выше. Усилители, работающие на сверхвысоких частотах (в диапазоне УКВ), часто выделяют в особую группу.

Усилители постоянного тока усиливают сигналы в полосе частот от нуля до некоторой заданной рабочей частоты. При этом они обеспечивают усиление как постоянных, так и переменных составляющих сигнала.

По характеру сопротивления нагрузки различают:

• а) усилители на сопротивлениях (нагрузкой является активное сопротивление);
• б) дроссельные усилители (нагрузкой является дроссель);
• в) трансформаторные усилители (нагрузкой служит трансформатор);
• г) резонансные усилители (нагрузкой служит колебательный контур или система связанных контуров).

По полосе усиливаемых частот усилители делятся на узкополосные (полоса частот не превышает 20 кгц) и широкополосные (полоса частот может составлять несколько десятков мегагерц). К числу широкополосных относятся импульсные усилители.

Усилители низкой частоты получили очень большое распространение в киноустановках, трансляционных линиях связи, радиовещательных приемниках и во многих различных установках, где требуется громкое воспроизведение речи и музыки.

Усилители высокой частоты являются неотъемлемой частью любого радиоприемника и радиопередатчика и находят самое разнообразное применение в измерительной технике.

Усилители постоянного тока применяются в счетно-вычислительных установках, в измерительных и автоматических   устройствах.

По роду применяемых усилительных элементов усилители делятся на ламповые, транзисторные, магнитные, диэлектрические и т. д.

Усилительный элемент с сопротивлением нагрузки и относящимися непосредственно к нему электрическими цепями называют усилительным каскадом, или ступенью.

Если один усилительный каскад не обеспечивает требуемого усиления, то используют последовательное соединение двух или более каскадов (многокаскадные усилители).

• Электронная лампа как нелинейный элемент 
• Показатели усилителей
• Схемы питания анодной и сеточных цепей усилителя

• Усилители напряжения низкой частоты 
• Дроссельные усилители
• Трансформаторный усилитель
• Широкополосный усилитель
• Усилитель мощности низкой частоты 
• Резонансные усилители
• Полосовой усилитель 
• Фазочувствительные усилители
• Усилители постоянного тока (УПТ)

Рассмотрим работу простейшего усилительного каскада, выполненного на триоде (рис. 131, а). При отсутствии входного сигнала потенциал управляющей сетки равен нулю, так как она соединена с катодом через вторичную обмотку входного трансформатора. В анодной цепи лампы течет ток покоя I_а.п, который на сопротивлении нагрузки Z_н создает падение напряжения I_а.п· Z_н. Поэтому напряжение на аноде в режиме покоя U_а.п = E_а — I_а.п·Z_н.

Так, например, если Е_а = 250 в, I_а.п = 1 ма и Z_н = 50 ком, то напряжение на аноде U_а.п = 250 — 1·10^-3·50·10³ = 400 в.

Пусть теперь на вход электронной лампы (между катодом и управляющей сеткой) поступает сигнал U_с с амплитудой 0,7 в, и если анодный ток при этом начнет пульсировать от значения I_а.макс = 1,2 ма до значения I_а.мин = 0,8 ма, то напряжение на аноде будет изменяться от

U_а.макс = Е_а - I_а.минZ_н= 250 -0,8·10^-3·50·10³ = 210 в

до

U_а.мин = Е_а - I_а.максZ_н = 250- 1,2·10^-3·50·10³= 190 в.

Пульсирующий анодный ток и пульсирующее напряжение на аноде можно представить в виде суммы двух составляющих: постоянной и переменной. Поэтому напряжение на аноде тоже имеет постоянную и переменную составляющие, которые в рассматриваемом примере соответственно равны 200 и 10 в. Это иллюстрируется графиками, приведенными на рис. 131, б.

На вход усилительного каскада был подан сигнал с амплитудой 0,7 в, а на аноде амплитуда переменного напряжения получилась равной 10 в. Следовательно, произошло усиление напряжения сигнала в 14 раз.

На рис. 131, в представлены графики фазовых соотношений между напряжениями и токами усилительного каскада с активной нагрузкой, включенной в анодную цепь лампы. Напряжение входного сигнала, анодный ток и падение напряжения на нагрузке изменяются в фазе, а напряжение входного сигнала и напряжение на аноде — в противофазе. Таким образом, электронная лампа при усилении поворачивает фазу сигнала на 180°.

Рис.131. Схема включения (а); выбор режима работы (б) и фазовые соотношения (в) усилительного каскада на триоде