Б) Полупроводниковые усилители

В качестве таковых используют триоды (транзисторы), которые представляют собой пластинку, состоящую из проводников двух различных проводимостей. Проводники образуют три зоны: крайние имеют проводимость одного рода, а средняя - другого.

На схеме (рис.14) крайние зоны триода имеют р-проводимость, а средняя - h - проводимость (h и p - проводимости характерны для проводников с электронной и дырочной проводимостями соответственно). Такой триод называют триодом типа р-h-р или триодом прямой проводимости. Могут быть триоды и обратной проводимости.

Рис. 14 Включение триода в цепь для усиления электрического сигнала

Левая зона триода называется эмиттером, средняя – базой или основанием, а правая - коллектором. На рис. 14 приведена усилительная ступень полупроводникового триода с общим заземленным основанием (базой). Полярность питающих напряжений подбирают таким образом, чтобы эмиттерный переход (р-h) работал в прямом направлении, а коллекторный (h-p) - в обратном. Поскольку сопротивление эмиттерного перехода невелико, для получения нормального тока в цепи эмиттера достаточно иметь напряжение источника G1, равное десятым долям вольта. В связи с тем, что сопротивление коллекторного перехода велико, напряжение источника G2 значительно больше напряжения источника G1 и составляет единицы или десятки В.

Основным свойством и преимуществом полупроводникового усилителя (ПУ) является влияние тока эмиттера на ток коллектора, т.е. возможность управления при помощи тока эмиттера током коллектора. На этом явлении основано усиление электрических сигналов с помощью ПУ.

Если замкнуть одновременно выключатели К1 и К2, то в переходе эмиттер-база по прежнему будет протекать электрический ток (дырочный), сила которого пропорциональна напряжению источника G1. Основной поток дырок будет втянут в электрическое поле перехода база-коллектор, под действием напряжения источника G1 дырки перейдут в коллектор К, через нагрузочное сопротивление R потекут к минусу источника G2. Чем меньше толщина базы (составляющая всего несколько микрон), тем большая часть дырок, вышедших из эмиттера, перейдет в коллектор. Обычно 92-99% дырок попадает в коллектор, образуя коллекторный ток I_к. Это явление вливания потока основных носителей (в данном случае дырок) из эмиттера в коллектор через базу называют инъекцией или впрыскиванием.

Т.о. сила тока коллектора не зависит от напряжения источника G2 и сопротивления резистора R1, а целиком определяется силой тока эмиттера, а она зависит от напряжения источника G1. Изменяя напряжение между эмиттером и базой, можно управлять силой коллекторного тока.

В) Магнитные усилители

Рис. 15 Схема магнитного усилителя

Действие магнитных усилителей (МУ) основано на использование свойств ферромагнитных материалов. На схеме МУ (рис.15) обмотки О_г, включаемые в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой (резистором R1), обмотка, по которой пропускается постоянный ток, является обмоткой подмагничивания (управления) или входом усилителя. Резистор служит выходом усилителя.

При отсутствии тока в управляющей обмотке главная обмотка переменного тока имеет значительное индуктивное сопротивление, в связи с чем ток холостого хода магнитного усилителя мал. Подадим теперь в обмотку подмагничивания постоянный ток силой I₂. Он вызовет уменьшение действующей магнитной проницаемости, т.к. увеличится напряженность магнитного поля. При этом уменьшится и индуктивность L главных обмоток, а следовательно, их полное сопротивление, и ток I₁ будет возрастать.

Индуктивность обмоток L = ω² *s*μ / l, где ω – число витков, s – площадь сечения сердечника, l – средняя длина магнитопровода. Сила тока в главных обмотках I₁ = где U – напряжение сети переменного тока, r – активное сопротивление обмоток и нагрузки R1, ω = 2πf, здесь f – техническая частота тока.

Мощность, расходуемая на подмагничивание, значительно меньше мощности, выделяемой в нагрузке R1, поэтому такое устройство является усилителем.

МУ отличается большим сроком службы, допускают значительные перегрузки, надежны в работе. В отличие от электронных они не нуждаются в предварительном разогреве и готовы к действию непосредственно после включения источника питания. КПД магнитных усилителей значительно больше, чем электронных, а коэффициент усиления мощности достигает 10000 в одном каскаде. Существенным недостатком МУ является значительная их инерционность, обусловленная индуктивностью обмоток управления. Основная область применения: усиление сигналов постоянного тока и медленно изменяющихся токов.