доклад по Беллу / 3.Устройства

Наследие Белла: Устройства

6

Усилитель в своём основном значении относится к преобразованию (увеличению, усилению) одной из характеристик исходного входного сигнала, при этом вид сигнала остаётся неизменным. В то же время, термин «усилитель» не вполне корректно, но традиционно употребляется для устройств управления мощными электрическими нагрузками, например, «релейный усилитель.

Усилители делятся на группы по принципу работы:

• Электронный усилитель - усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры  радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибора и т. д.

• Усилитель звуковых частот ,усилитель низких частот), усилитель мощности звуковой частоты - прибор для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 16 до 20 000 Гц, в специальных случаях — до 200 кГц). Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств - телевизоров, музыкальных центров ,радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.

• Операционный усилитель - усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

• Измерительный усилитель - это тип дифференциального усилителя с характеристиками, подходящими для использования в измерениях и тестирующем оборудовании. Такие характеристики включают: очень малое смещение постоянного тока, малый дрейф, малый шум, очень высокий коэффициент усиления при разомкнутой обратной связи, очень высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала, и очень высокие входные сопротивления. Такие усилители применяются, когда требуются большая точность и высокая стабильность схемы, как кратковременно, так и долговременно.

• Релейный усилитель – исторически появившийся усилитель сигнала(напряжения) в телеграфной связи, где на протяжённый линиях связи сигнал ослабевал и промежуточные реле восстанавливали (усиливали) сигнал (напряжение) для следующего участка линии. Сигнал был дискретным (включено-выключено), соответственно, и реле использовалось в качестве дискретного усилителя.

В настоящее время непосредственно для усиления сигналов реле практически не используется, а применяется для разгрузки контактов, многоконтактного переключения и гальванической развязки электроцепей, то есть, как устройство управления и защиты.

В настоящее время установлены следующие стандарты для параметров усилителей :

• Полоса пропускаемых частот, Гц — 40-16000 (при нАЧХ 1,5 дБ) по линейному входу, 40-16000 (при нАЧХ 2 дБ) при наличии корректора

• Коэффициент нелинейных искажений — не более 1 % в полосе 40-12500 Гц

• Коэффициент интермодуляционных искажений — не более 3 % в полосе 250-8000 Гц (при снижении мощности на краях полосы на 50 % (или −6 дБ))

• Различие параметров каналов — не более 3 дБ в полосе 250-6300 Гц

• Переходные помехи — N/A

Аттенюатор (фр. attenuer — смягчить, ослабить) — устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний, как средство измерений является мерой ослабления электромагнитного сигнала, но одновременно, его можно рассматривать и как измерительный преобразователь.

В радиотехнике аттенюатор называется  электронным устройством, которое уменьшает амплитуду или мощность сигнала без существенного искажения его формы. С точки зрения работы, аттенюатор является противоположностью усилителя, хотя оба эти устройства имеют различные принципы работы. В то время как усилитель обеспечивает усиление, аттенюатор обеспечивает ослабление или усиление в меньше, чем 1 раз.

Аттенюаторы используются в случаях, когда необходимо ослабить сильный сигнал до приемлемого уровня, например, во избежание перегрузки входа какого-либо прибора чрезмерно мощным сигналом. Полезным побочным эффектом является то, что использование аттенюатора между линией и нагрузкой улучшает коэффициент бегущей волны и коэффициент стоячей волны в подводящей линии в случае, когда нагрузка плохо согласована с линией. Энергия входного сигнала, не поступившая на выход, преобразуется в тепло, как в оптическом, так и в электрическом аттенюаторе. Поэтому мощные аттенюаторы конструктивно должны предусматривать охлаждение.

Аттенюаторы — это, как правило, пассивные устройства, сделанные из сетей простых делителей напряжения. Переключение между различными сопротивлениями формирует регулируемые ступенчатые и плавно регулируемые аттенюаторы, использующие потенциометры. Для более высоких частот используются тщательно подстроенные сети низкого сопротивления КСВ.

Фиксированные аттенюаторы используются, чтобы уменьшить напряжение, рассеять мощность, а также улучшить согласование с линией. При измерении сигналов, прокладки аттенюатора или адаптеры используются для снижения амплитуды на нужный уровень для возможности измерения, а также для защиты измерительного прибора от уровней сигнала, которые могут повредить его. Аттенюаторы также используются для 'подгонки' под сопротивление за счет непосредственного снижения КСВ.

Тип	Назначение	Принцип действия	Примеры
Резисторные и емкостные	Аттенюаторы высокой точности, как правило, низкочастотные	Сигнал в резисторных и емкостных аттенюаторах ослабляется с помощью соответственно резистивного или емкостного делителя.	Д1-13А, Д2-14
Поляризационные аттенюаторы	Точный аттенюатор в СВЧ цепях	Поляризационный аттенюатор представляет собой отрезок волновода круглого сечения с помещенной внутри поглощающей пластиной, положение которой относительно направления поляризации сигнала можно менять.	Д3-27, Д3-33А, Д3-19, Д3-38, Д3-36, АП-19, АП-20
Предельные аттенюаторы	Относительно узкополосные аттенюаторы средней точности дециметрового диапазона.	Принцип действия предельных аттенюаторов основан на затухании электромагнитных волн внутри волновода при длине волны больше критической.	Д4-3
Поглощающие аттенюаторы	Развязывающие аттенюаторы в СВЧ измерениях	Принцип действия поглощающего аттенюатора основан на затухании электромагнитных волн в поглощающих материалах.	Д5-20, Д5-21, АР-06, АР-07, АР-15
Оптические аттенюаторы	Для внесения в световодные системы заданного и регулируемого затухания	Работа оптического аттенюатора основана на изменении оптических потерь при введении между торцами световодов поглощающих фильтров. Для согласования излучающего и приемного торцов световодов применяются согласующие узлы, коллимирующие и фокусирующие излучение.	ОД1-20, АОИ-3, FOD-5419

Аттенюаторы радиодиапазона

Основные характеристики аттенюаторов:

• Затухание выражается в децибелах относительной мощности. Схема в 3дБ снижает мощность до половины, 6дБ на 1/4, 10дБ на 1/10, 20дБ до одной сотой, 30dB до одной тысячной и так далее. Для напряжения необходимо удвоить децибелы, так, например, 6 дБ составляет половину напряжения.

• Частотный диапазон, например, DC-18 ГГц

• Рассеиваемая мощность зависит от массы и площади поверхности резистивного материала, а также от возможных ребер охлаждения.

• КСВ — это коэффициент стоячей волны для входных и выходных

• Точность

• Повторяемость

В настоящее время установлены следующие стандарты для параметров усилителей:

• диапазон частот от 0 до 60 ГГц

• ослабление от 0 до 127 дБ

• вносимые потери от 0.3 до 1.7 дБ

• шаг ослабления дБ