Підсилювачі електронні: типи, характеристики, призначення

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

Тріоди і перші підсилювачі

На початку XX століття в світі відбувався 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 став найважливішим для людської цивілізації. Все, чим у наші дні користується людина, було б неможливо без розвитку електронних технологій. Важливим проривом того періоду став 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 відбувалася 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 абсолютно 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 посилювального ланцюга відбувається значне збільшення цих параметрів на виході, що може бути застосовано 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, еміттер. При протіканні змінного струму через них, залежно від його напрямку, транзистор посилює або послаблює потужність вхідного сигналу.

Параметри підсилювачів

Найголовніша характеристика підсилювача — це коефіцієнт посилення, і дорівнює він відношенню значення параметра на вході до значення параметра на виході з ланцюга. Фактично цей показник і дає головне уявлення 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 залежність ця 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 посилення 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 чи інші різновиди підсилювачів. Перший — це частота. Низькочастотні прилади здатні підвищувати показник не більше ніж на сотню кілогерць. У високочастотних він росте в межах від 100 кГц до 100 МГц, іноді трохи більше. Є ще так звані «виборчі» пристрої, що працюють у певному невеликому діапазоні частот. Найширше 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, СВЧ-підсилювачі, діодні, лампові.

Один з новітніх різновидів — параметричні, де зростання потужності сигналу відбувається за допомогою енергії генеруючого зовнішнього джерела. Епізодично змінюється ємність нелінійного індуктивного елемента в електричному ланцюгу. Існують посилювальні прилади на тунельних діодах, які використовують для передачі звуку в приймачах радіо.

Більш відома класифікація за режимами. Вони позначаються головними символами латинського алфавіту. До 60-х років минулого століття існувало всього чотири класи: A, B, C, D. Згодом технології вдосконалювалися і ускладнювалися, з’явилися додаткові типи режимів, підкласи, підсилювачі зі змінною напругою.

Основи телемовлення

Найважливіший негативний фактор, що впливає на якість ТВ-сигналу, — віддаленість від джерела (телевежі). Якщо віддаленість від телевізійної вежі настільки висока, що антена просто не в змозі зловити сигнал, має сенс включити в мережу телевізійний підсилювач.

Телевізійний сигнал — це складний електромагнітний імпульс, що несе в собі відео- і аудіоінформацію. Через це підсилювачі для ТВ-антен помітно відрізняються від радіоприладів. Існує безліч ТВ-підсилювачів, різних за характеристиками і функціоналом.

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-прийомників необхідно передати сигнал.

Застосування в мобільних мережах

Найважливіший для людини пристрій в наші дні — зрозуміло, мобільний телефон. Сьогодні у світі налічується кілька мільярдів кишенькових засобів зв’язку. Але який би в них був толк, якби не існувало мобільних мереж? Телефон перетворюється просто на дорогу іграшку, коли абонент знаходиться в таких місцях, де не існує покриттів мобільних сигналів. У кожному мобільному апараті існує підсилювач зв’язку. Справа в тому, що однієї вбудованої антени для прийому сигналу стільникового оператора буде недостатньо через те, що сигнал слабшає з відстанню від джерела.

Щоб зв’язок відбувався без перешкод, спеціальний підсилювач зв’язку в телефоні збільшує потужність спійманого антеного сигналу і переводить його вже в зручний для абонента вид. Але іноді навіть цього вбудованого підсилювача буває недостатньо при занадто слабкому покритті місцевості. І тоді застосовуються спеціальні зовнішні підсилювачі — репітери, що йдуть окремо від комплекту телефону.

Застосування Wi-Fi

У сучасну інформаційну еру складно уявити своє життя без доступу до Всесвітньої павутини. Найпопулярнішим типом бездротового з’єднання, безперечно, вважається Wi-Fi. Однак у цієї технології є помітний мінус — обмежена дальність дії. За відсутності перешкод пристрої можуть приймати мережу на відстані лише до 100 метрів. Це не завжди зручно, особливо для великих компаній або фірм, філії якої знаходяться в різних районах міста.

Подібний недолік знімають підсилювачі WiFi. Це спеціальні пристрої-повторювачі, які приймають слабкий електромагнітний сигнал, перетворюють його на більш потужний і ретранслюють на довколишні прийомники 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 тільки 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 провідні нічний спосіб життя. Що стосується низькочастотних, то тут поріг для людини — від 16 Гц. Все, що нижче, називається інфразвуком. Подібні хвилі утворюються при падінні метеорита, під час буревіїв. Але для людського вуха такі сигнали нечутні.

Підсилювач частоти застосовують у багатьох побутових приладах і техніці. Це телевізори, передавачі радіо, музцентри. Є й окремі спеціальні пристрої. Суть їх — у досягненні певного частотного діапазону, рівного тому, що здатний сприйняти людський мозок. 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

У лампових підсилюваннях використовуються вакуумні лампи. Такі прилади популярні в студіях звукозапису і відтворення музики. Їх гідність в тому, що крім отримання відповідних частот вдається отримати додаткові тони. Їх іменують 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 нижча, ніж у транзисторних, але зате їхні схеми набагато простіші, 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 моноблоки

Існує різновид електронних підсилювачів, які називають моноблочними. 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. Їхня перевага: дають чудову якість звуку.

Для обладнання стереосистеми потрібно два моноблоки. Це пов’язано з впливом на правий або лівий звуковий канал. На додаток бажано придбати попередній підсилювач. Моноблоки — перевірені часом пристрої. Вони з’явилися одними з перших з подібних собі і поширені донині. Недоліки — досить висока ціна та особливі вимоги щодо розміщення та використання. Тому подібну аудіосистему обладнати можуть дозволити собі тільки професійні музиканти, які мають кошти.