Разновидности усилителей

В современной технике усиление слабых напряжений и токов может быть достигнуто многими способами. Исторически первыми усилителями были электромеханические устройства, являющиеся каскадными сочетаниями телефонных трубок с микрофонами, когда мембрана входной телефонной трубки скреплялась наглухо с мембраной микрофона, питающего своими токами выходную телефонную трубку, воспроизводящую в этом случае все звуки со значительно повышенной громкостью. Известны также электромашинные, магнитные и диэлектрические усилители, однако наиболее распространены повсюду ламповые усилители. Огромное разнообразие усилительных схем на электронных лампах, многие из которых могут быть осуществлены и на кристаллических триодах, сводится к трем основным их разновидностям: 1) усилители на сопротивлениях, называемые также часто реостатными, резистивными усилителями, 2) усилители на трансформаторах и 3) усилители на дросселях.

На рис. 53 показаны схемы каскадов высокочастотных усилителей, соответствующие этим основным разновидностям усилителей. Здесь а — принципиально возможная, но редко реализуемая из-за недостаточности получаемых усилений схема высокочастотного усилителя на сопротивлениях. Емкости Си С2 имеют величину от нескольких единиц до нескольких сотен пикофарад, сопротивление — один или несколько мегом, сопротивление R2 равно 2—3 Ri (Ri — внутреннее сопротивление лампы).

На рис. 53 б показана весьма употребительная схема высокочастотного усилителя на трансформаторах с применением настройки на усиливаемые частоты как первичных, так и вторичных обмоток, вследствие чего эффективность действия высокочастотных трансформаторов значительно возрастает. Приблизительная настройка обеспечивается должным образом подобранными величинами емкостей C1÷C4, а плавный подход к точной настройке — магнетитовыми сердечниками.

На рис. 53 в представлен каскад дроссельного высокочастотного усилителя. Значения С1 и С2 здесь того же порядка, что и в реостатных усилителях высокой частоты. Индуктивность L дросселя берется такой, чтобы ωL для усиливаемой частоты было не меньше 2—3 Ri.

Иногда параллельно обмотке дросселя подключают небольшой конденсатор, а внутрь каркаса дросселя вводят магнетитовый сердечник с целью получить вместо дросселя колебательный контур параллельного резонанса, настроенный на усиливаемые частоты. Такой контур, представляя собой весьма большое сопротивление для усиливаемых высокочастотных токов, значительно повышает эффективность действия усилительного каскада и дроссельные усилители в этом случае часто называют также автотрансформаторными, либо усилителями „на настроенных дросселях".

Разновидности усилителей

Рис. 53. Основные разновидности усилительных схем.

 Дроссельные высокочастотные усилители используются тоже достаточно широко, в особенности в радиолокационных и телевизионных приемных устройствах. В соответствии с тем, что в схемах б и в используются резонансные свойства настроенных колебательных систем, эти усилители называют также резонансными.

На рис. 53 г представлена весьма употребительная схема двухкаскадного усилителя низкой частоты на сопротивлениях, причем на схемах д и е показаны двухкаскадные низкочастотные усилители соответственно на трансформаторах и дросселях. Переходные емкости С1÷С3 в этом случае должны иметь величину порядка от нескольких тысяч до десятков и сотен тысяч пикофарад, а трансформаторы и дроссели должны иметь ‘ обмотки, состоящие из десятков тысяч витков тонкой проволоки в эмалевой изоляции диаметром в 0,1 мм и менее, расположенные на замкнутых сердечниках из лучших сортов трансформаторного железа.

Для объективной оценки качества усилителей используется ряд основных показателей, среди которых наиболее важными являются коэффициент усиления, или общее усиление данного усилителя, входное напряжение, выходная мощность и степень искажения усиливаемых сигналов при различных режимах работы, а также коэффициент полезного действия (к. п. д.).

Коэффициентом усиления усилителя К называют отношение напряжения на выходе Евых ко входному напряжению Евх:

Разновидности усилителей

Этот коэффициент зависит от коэффициентов усиления К1 , К2, К3 и т. д. отдельных каскадов или групп каскадов усилителя. являясь их произведением

К=К1  К2 К3....,Кп.

Когда, например, имеется предварительный двухкаскадный усилитель с К1= 300, после которого идут три последовательных каскада с коэффициентами усиления К2= 12, К3 == 10 и K4 = 5, то коэффициент усиления К всех пяти каскадов будет

К = 300 • 12 • 10 • 5 = 180 000.

Если такой усилитель в нормальном режиме должен иметь на выходе напряжение Евых = 60 в, то на вход ему достаточно подавать в К раз меньшее напряжение, составляющее всего лишь около 330 мкв.

Выходная мощность усилителя определяется той мощностью усиленного тока, которая выделится в выходной нагрузке усилителя при нормальном режиме входной цепи, когда ни в одном каскаде не имеет места перегрузка по входному напряжению, т. е. работа происходит лишь в пределах прямолинейных участков характеристик ламп всех каскадов. Рационально рассчитанный усилитель отличается как раз тем, что промежуточные каскады и оконечный начинают перегружаться при увеличении входного напряжения приблизительно одновременно. Работа с перегрузкой сопровождается увеличением искажений и, кроме того, повышается вероятность пробоя конденсаторов, повреждения других деталей и выхода из строя ламп, поэтому преднамеренно применять так называемое форсирование режима усилителей не рекомендуется, хотя общий к. п. д. при перегрузках обычно растет.

 

Разновидности усилителей

Рис. 54. Частотные характеристики усилителей.

При изменениях частоты подаваемого на вход усилителя синусоидального переменного напряжения с постоянной амплитудой на выходе будут получаться различные напряжения, изменяющиеся в весьма широких пределах. Это свидетельствует о том, что коэффициент усиления К усилителя, вообще говоря, явился бы величиной, характеризующей усилитель с недостаточной полнотой, если значение его определить лишь для одной какой-нибудь из усиливаемых частот. Поэтому оценку достоинств усилителей принято производить по частотным характеристикам, из которых могут быть определены как равномерность усиления по различным частотам, так и среднее значение К для общей полосы частот, на которую рассчитан тот или иной усилитель.

На рис. 54 показаны типичные формы частотных характеристик различных усилителей и способы их построения.

Частотные характеристики I относятся к резонансному усилителю высокой частоты на трансформаторах: а — когда связь между первичной и вторичной обмотками трансформаторов невелика и б —когда связь усилена. Характеристики построены в линейных координатах. По оси ординат отложены значения К или пропорциональные им значения Eвых, поскольку измерения всех К должны производиться при одном и том же значении Eвх, а по оси абсцисс строится так называемая „безнулевая“ равномерная шкала частот, оцифровка которой производится с таким расчетом, чтобы неиспользованное пространство на графике справа и слева от нанесенных кривых получалось наименьшим. Такая шкала частот в данном случае обеспечивает хорошую общую выразительность графика при достаточной его компактности, поскольку отношение предельных частот fмакс и fмин для усилителей высокой частоты обычно мало отличается от единицы.

Характеристики II весьма показательны для низкочастотных усилителей: а — на сопротивлениях, б—на дросселях и в— на трансформаторах. Ординаты здесь такие же, как и на характеристиках I, но шкала частот вдоль оси абсцисс выполнена для достижения ее компактности в логарифмическом масштабе, при котором, как известно, цена каждого деления по мере удаления от начала координат прогрессивно растет (построение такого масштаба удобно производить с помощью шкал обычной счетной линейки).

Нетрудно видеть, что, применяя линейную шкалу для частот, мы были бы вынуждены недопустимо растянуть график по горизонтали, поскольку отношение fмакс к fмин здесь может быть сравнительно очень большим. Если усилитель должен, например, усиливать полосу частот от 50 до 10 000 гц, это отношение равно 200, причем для графика с равномерными делениями на шкале абсцисс понадобилось бы удлинить ось абсцисс на чертеже в 111 раз, так как иначе все нужные деления на ней не разместились бы.

Смотрите также