Введение
Предлагаемое издание представляет собой учебное пособие для учащихся специальности 1306113 «Радиоэлектроника и связь». В пособии изложена основная теория усилительных устройств. Подробно рассмотрены показатели усилителей, работа усилительных каскадов, особенность схем включения и режимов работы каскадов разного назначения. Приведены основные положения построения схем промышленных усилителей, а также теория громкоговорителей.
При подготовке специалистов по аудиовизуальной технике учебное пособие может быть основным конспектом.
Раздел 1 общие сведения об усилителях
Тема 1.1 назначение и классификация усилителей
Во многих областях современной науки и техники необходимо усиливать слабые электрические сигналы, как-то при воспроизведении звука в кино, при записи и воспроизведении звука в радиосвязи и телевидении. Под усилением понимают увеличение мощности электрических колебаний, а это возможно только за счет потребления энергии от источника питания.
Усилительным устройством называется устройство для усиления сигналов, а устройство, которое усиливает колебания звуковой частоты, называется усилителем низкой или звуковой частоты УНЧ. При воспроизведении звука в кино имеет место следующая структурная схема:
Рис. 1 Место усилителя в тракте воспроизведения фотографической фонограммы
При воспроизведении фотографической фонограммы читающая лампа 1 излучает световой поток, а оптика 2 создает на фонограмме Ф световую полоску - читающий штрих, который модулирует световой поток и подает его на фотодиод VД. Он преобразует, световые колебания в электрические и направляет их в усилитель, с выхода которого усиленный сигнал подводится к громкоговорителю.
Громкоговоритель преобразует электрические сигналы в звуковые и если мощность сигнала на входе составляет тысячные доли микроватта, то на выходе – десятки, сотни Ватт. При записи звука источником слабых колебаний является микрофон, который преобразует звуковые колебания в электрические. Принцип усиления сигнала основан на использовании электронных приборов с усилительными свойствами (транзистор, электронная лампа, тетрод, пентод) их называют усилительными элементами. Усилительные элементы имеют две цепи - входную и выходную. Входная цепь имеет источник слабых колебаний, выходная - мощный источник питания и нагрузку, поэтому в выходной цепи протекает ток, зависящий от входного, и его изменения создают на нагрузке изменения напряжения – это и есть усиленный сигнал. Таким образом, выходная мощность является частью мощности, потребляемой от источника питания, и это позволяет рассматривать усилитель как преобразователь энергии источника питания в энергию усиливаемых сигналов.
Усилители классифицируются по следующим признакам:
По принципу действия усилительного элемента
а) транзисторные;
б) ламповые;
в) магнитные.
2) По роду усиливаемой величины
а) усилитель тока;
б) усилитель напряжения;
в) усилитель мощности.
3) По диапазону частот
а) УНЧ;
б) УВЧ (рассчитан на сотни Кило - и Мегагерц), используется в телевидении, радиотехнике, измерительной технике;
в) широкополосные – от нескольких герц до Мегагерц. Используют в специальной технике и телевидении;
г) усилители постоянного тока - усиливают сигналы в диапазоне от 0 до 1000 Герц. Применяются в автоматике и измерительной технике.
Устройство усилителя
Простейший усилитель называется усилительным каскадом, и он представляет собой усилительный элемент со всеми необходимыми для его работы цепями. Его принципиальная схема имеет вид:
Рис. 2 Схема усилительного каскада
Каскад дает одну ступень усиления. Обычно это недостаточно и появляется необходимость использовать в усилителе ряд каскадов, последовательно усиливающих сигнал. Структурная схема усилителя в целом имеет вид:
Рис.3 Простейшая структурная схема усилителя
Структурные схемы промышленного усилителя сложнее, так как дополняются линиями обратной связи, блоками питания и цепями коррекции частотной характеристики и регуляторами и блоками питания.
Источником входного сигнала может быть фотодиод, звукосниматель, микрофон. Нагрузкой – громкоговоритель, осциллограф, измеритель выхода или телефон. Для каждого предыдущего каскада нагрузкой являются цепи последующего. Каскады имеют разное назначение и название:
- последний каскад – оконечный, это усилитель мощности, так как он должен отдавать определенную мощность в громкоговоритель.
- предоконечный (драйвер) должен подать на вход оконечного сигнал определенного уровня, поэтому он чаще усилитель напряжения, но может быть и усилителем мощности.
- остальные каскады предварительного усиления напряжения. Простейшая схема промышленного усилителя может иметь вид:
Рис.4 Примерная структурная схема стационарного усилительного устройства
Усилитель разбит на отдельные блоки, состоящие из нескольких каскадов. Между ними включен выносной регулятор громкости (ВРГ), который находится в зрительном зале. Соединение выхода каскада со входом предыдущего называется прямой межкаскадной связью, и эти связи могут быть:
- непосредственными (гальваническими);
- емкостными;
- трансформаторными;
- обратными.
Гальваническая связь – осуществляется с помощью проводов или резисторов.
Емкостная связь осуществляется с помощью конденсаторов, они отделяют входной электрод от постоянного напряжения, действующего в выходной цепи данного каскада.
Трансформаторная связь, т.е. связь через трансформатор, который не только разделяет каскады по постоянному току, но и позволяет их согласовать по сопротивлению, а также повысить напряжение.
Обратная связь - это та, через которую часть выходного сигнала передается на вход каскада.
Обратные связи предусматривают специально для улучшения работы усилителя или они возникает как паразитные, ухудшая работу усилителя.
Контрольные вопросы:
Что называют усилителем?
Назначение усилителя
На чем основан процесс усиления колебаний?
Классификация усилителей
Определение усилительного элемента
Какая схема называется принципиальной?
Какая схема называется структурной?
Назначение каскадов в структурной схеме
Что можно включать на вход усилителя?
Что можно включать на выход усилителя?
Виды межкаскадных связей и их характеристика.
12) Определение усилительного каскада.