Електронні підсилювачі: типи, характеристики, призначення

Електронними підсилювачами є спеціальні прилади, що підвищують потужність, напруга або струм сигналів, що надходять. Їх точне призначення і принципи дії залежать від конкретного виду пристрою, яких досить багато. Вони використовуються в студіях звукозапису, на телебаченні і радіо, допомагають у прийнятті Wi-Fi-сигналів і сигналів з космосу. І це далеко не весь перелік функцій, тому важко переоцінити значення цих приладів.

Триоды і перші підсилювачі

На початку XX століття в світі відбувалося бурхливий розвиток технологій. Розвивалося машинобудування, промисловість, енергетика. Саме в цей час зародилася така наука, як електроніка. Спочатку вона не мала широкого практичного застосування, проте вже через півстоліття цей напрямок стало найважливішим для людської цивілізації. Все, що в наші дні користується людина, було б неможливо без розвитку електронних технологій. Важливим досягненням того періоду стало винахід пристрою під назвою тріод.


Перша модель цього пристрою являла собою скляну лампу з трьома електричними контактами і була призначена для зміни вхідного сигналу електричного струму. Зміна відбувалося шляхом посилення вхідного сигналу. Так з'явився перший в історії електронний підсилювач, який на зорі століття дозволив зробити прорив у галузі зв'язку – вдалося створити перший бездротовий телеграф.

Загальні принципи

Основний принцип роботи будь-якого підсилювача електричних сигналів, незалежно від функціонального призначення, пов'язаний з тим, що при малих змінах значень електричного струму та/або напруги на вході ланцюга відбувається підсилювальної значне збільшення цих параметрів на виході, що може бути застосоване на практиці.


Основна частина будь-якого підсилювача – це пристрій під назвою транзистор. Він складається з трьох окремих напівпровідникових елементів, які мають електричні контакти – це колектор, база, емітер. При протіканні змінного струму через них, в залежності від його напряму, транзистор підсилює або послаблює потужність вхідного сигналу.

Параметри підсилювачів

Найголовніша характеристика підсилювача – це коефіцієнт підсилення, і він дорівнює відношенню значення параметра на вході до значенню параметра на виході з ланцюга. Фактично цей показник дає головне подання про якість пристрою і про його можливості. Ще один важливий параметр – амплітудна характеристика. Фактично це функціональна залежність амплітуди вихідних показників від значень вхідного сигналу. Важливість даного параметра полягає в тому, що ця залежність нелінійна, а значить, на різні значення сигналу на вході схема буде реагувати по-різному. Третій важливий параметр електронного підсилювача – амплітудно-частотна характеристика, яка фактично показує залежність значення коефіцієнта підсилення від частоти вхідного сигналу. Як виходить на практиці, при різній частоті змінного струму посилення відбувається по-різному.

Класифікація

Існує кілька ознак, за якими виділяють ті або інші різновиди підсилювачів. Перший – це частота. Низькочастотні прилади здатні підвищувати показник не більш ніж на сотні кілогерц. У високочастотних він росте в межах від 100 кГц до 100 МГц, іноді трохи більше. Є ще так звані «виборчі» пристрої, які працюють у певному невеликому діапазоні частот. Найширший охоплення у четвертого виду приладів. Широкосмугові здатні посилювати від 10 Гц до 100 МГц.
Інша типологія пов'язана з тим, що в пристроях міститься активний елемент. Це може бути, наприклад, транзистор. Виділяють напівпровідникові, НВЧ-підсилювачі, діодні, лампові. Одна з новітніх різновидів – параметричні, де зростання потужності сигналу відбувається за допомогою енергії генеруючого зовнішнього джерела. Епізодично змінюється ємність нелінійного індуктивного елемента в електричної ланцюга. Існують підсилювальні прилади на тунельних діодах, які використовують для передачі звуку в приймачах радіо. Більш відома класифікація по режимам. Вони позначаються великими символами латинського алфавіту. До 60-х років минулого століття існувало всього чотири класи: A, B, C, D. Згодом технології вдосконалювались і ускладнювались, з'явилися додаткові типи режимів, підкласи, підсилювачі зі змінним напругою.

Основи телемовлення

Найважливіший негативний фактор, що впливає на якість сигналу, – віддаленість від джерела (телевежі). Якщо віддаленість від телевізійної вишки настільки висока, що антена просто не в змозі зловити сигнал, має сенс включити в мережу телевізійний підсилювач. Телевізійний сигнал – це складний електромагнітний імпульс, який несе в собі відео - та аудіоінформацію. З-за цього підсилювачі для ТБ-антен помітно відрізняються від радіоприладів. Існує безліч ТВ-підсилювачів, різних за характеристиками і функціоналу. В основному вони діляться на дві категорії – підсилювачі аналогового сигналу і цифрового ТБ (DVB-T2). Також варто брати до уваги, що вибір приладу залежить і від того, на скільки ТВ-приймачів необхідно передати сигнал.

Застосування в мобільних мережах

Найважливіше для людини пристрій в наші дні – зрозуміло, мобільний телефон. Сьогодні у світі налічується кілька мільярдів кишенькових засобів зв'язку. Але якою б у них був толк, якщо б не існувало мобільних мереж? Телефон перетворюється просто в дорогу іграшку, коли абонент знаходиться в таких місцях, де не існує покриттів мобільних сигналів. В кожному мобільному апараті існує підсилювач зв'язку. Справа в тому, що однією вбудованої антени для прийому сигналу стільникового оператора буде недостатньо причини того, що сигнал слабшає з відстанню від джерела. Щоб зв'язок відбувалася без перешкод, спеціальний підсилювач зв'язку в телефоні збільшує потужність спійманого сигналу антеною і переводить його вже в зручний для абонента вигляд. Але іноді навіть цього вбудованого підсилювача буває недостатньо при дуже слабкому покритті місцевості. І тоді застосовуються спеціальні зовнішні підсилювачі – репитеры, що йдуть окремо від комплекту телефону.

Застосування в Wi-Fi

В сучасну інформаційну еру складно уявити своє життя без доступу до Всесвітньої павутини. Самим популярним типом бездротового з'єднання, безперечно, вважається Wi-Fi. Однак у цієї технології є помітний мінус – обмежена дальність дії. При відсутності перешкод пристрої можуть приймати мережу на відстані до 100 метрів. Це не завжди зручно, особливо для великих компаній або фірм, філії якої знаходяться у різних районах міста. Подібний недолік знімають підсилювачі WiFi. Це спеціальні пристрої-повторювачі, які беруть слабкий електромагнітний сигнал, перетворюють його в більш потужний і ретранслюють на довколишні приймачі інтернет-сигналу. WiFi-підсилювачі все частіше стають популярними в заміській місцевості, що робить цей тип інтернет-з'єднання не менш популярним, ніж мобільний.

Зміна звукової частоти

Людина здатна чути звук лише в певних межах сприйняття. Фактично на звукові сигнали з частотою понад 20 тисяч Гц люди не можуть реагувати. Ультразвукові хвилі чують лише деякі види тварин, переважно ведуть нічний спосіб життя. Що стосується низькочастотних, то тут поріг для людини – від 16 Гц. Все, що нижче, називається інфразвуком. Такі хвилі утворюються при падінні метеорита, під час бур. Але для людського вуха такі сигнали неслышимы. Підсилювач частоти застосовують у багатьох побутових приладах і техніці. Це телевізори, передавачі радіо, музцентры. Є і окремі спеціальні пристрої. Суть їх – в досягненні певного частотного діапазону, рівного тому, що людський мозок здатний сприйняти. Низькі частоти перетворюються, змінюється потужність коливань. У деяких апаратах є можливість регулювати тембри, рівень гучності. За допомогою вбудованого еквалайзера можна навіть коригувати амплітуду сигналу.

З застосуванням радіоламп

В лампових підсилювачах використовуються вакуумні лампи. Такі прилади популярні в студіях звукозапису і відтворення музики. Їх перевага в тому, що крім отримання відповідних частот вдається отримати додаткові тони. Їх називають гармоніками, і якщо в напівпровідникових пристроях це як парні, так і непарні, то в лампових – переважно тільки перші. Звучання виходить чистіше, музика – якісніше. Потужність лампових підсилювачів нижче, ніж у транзисторних, але зате їх схеми набагато простіше, без великої кількості складних деталей. Вважається, що такі прилади більш натурально передають звук, особливо високі діапазони частот. З відтворенням басів можуть бути проблеми. Тому рекомендують прослуховувати за допомогою пристроїв в основному вокальну або джазову музику.

Про моноблоках

Існує різновид електронних підсилювачів, які називають моноблоковими. Їх вплив поширюється тільки на один звуковий канал. Звідси термін, де «моно» позначає «єдиний». Подібними агрегатами користувалися музиканти з досить відомих груп, таких як Grateful Dead. Підсилювачі працюють на лампах, але існують і з транзисторами. Їх перевага: дають чудову якість звуку. Для обладнання стереосистеми потрібно два моноблока. Це пов'язано з впливом на правий або лівий звуковий канал. На додаток бажано придбати попередній підсилювач. Моноблоки – перевірені часом пристрою. Вони з'явилися одними з перших подібних собі і поширені по сей день. Недоліки – досить висока ціна та особливі вимоги щодо розміщення та використання. Тому подібну аудіосистему обладнати можуть дозволити собі тільки професійні музиканти, які мають кошти.