Типы и виды усилителей
Усилитель — устройство для увеличения уровня сигналов с использованием энергии вспомогательного источника питания.
Усилители различают:
- По виду усиливаемой физической величины (усилители напряжения, тока, напряжения и тока, мощности)
- По диапазону усиливаемых частот (усилитель постоянного тока, усилители переменного тока), они подразделяются на: усилители низких частот (УНЧ), усилители высоких частот (УВЧ) (в том числе усилители СВЧ-диапазона частоты выше 300 мГц), оптические усилители, широкополосные, узкополосные, избирательные усилители, усилители с управляемой полосой усиливаемых частот.
- По виду соединения между каскадами. В многокаскадных усилителях различают усилители с гальванической, емкостной и трансформаторной связью.
- По виду нагрузки (усилители с активной, ёмкостной и индуктивной нагрузкой)
- По способу усиления (электронные, магнитные, электромашинные, оптические или квантовые, параметрические усилители).
Усилители строятся на базовых компонентах выполняющих роль усилинения, так они делятся на:
Ламповые усилители — состоят из элементов усиления в виде электровакуумных электронных ламп.
Транзисторные усилители — оконечный каскад содержит в себе полевые или биполярные тразисторы.
Усилители на интегральных схемах (микросхемах) — могут содержать в как себе предварительные, так и оконечные усилители.
Гибридные усилители — части каскадов могут быть собраны на электронных лампах, и в том числе на основе полупроводниковых элементов.
Специфика усилителей работающих с аудио сигналами состоит в том, что звуковая волна имеет симметричную форму с положительной и отрицательной равными по амплитуде составляющими. В процессе усиления из входного сигнала образуется более мощный выходной сигнал, параметры которого основываются изначальных параметрах входящего. Степень схожести формы сигналов определяет точность воспроизведения усилителя.
Класс усилителя — уровень выходного сигнала. У одних классов усилителей, таких как A, B и D, меньше степень искажения сигнала, что крайне важно, когда речь идёт об усилении низкочастотных широкополосных сигналов, таких как сигналы звука, где искажения напрямую влияют на качество звучания. Главное преимущество других — большая эффективность работы, к таким относятся классы C, E и F, но зачастую они подвержены сильным искажениям и не используются для усиления звука.
Стоит понимать, что единого реестра классов усилителей не существует, потому в разных областях или в разных странах одна и та же буква может означать разные устройства или наоборот. Первыми признанными классами стали основывающиеся на положении рабочей точки режимы A, B и C в 1920-ых годах. Затем, уже значительно позднее, стали появляться иные буквенные обозначения, первым из которых является усилитель класса D, пополнивший классификацию в 1955 году.
Поскольку в разных схемах каждый транзистор имеет свой режим работы, свою рабочую точку и по итогу различающуюся выходную характеристику, влияющую на то, каким будет сигнал на выходе, по ним и определяется класс усилителя.
Класс A
Рабочая точка выбирается в середине линейного участка статической характеристики
Самый схематически простой и самый первый появившийся тип усилителей. В них используют 1 выходной транзистор, который постоянно находится в рабочем состоянии и без каких-либо задержек мгновенно реагирует на изменения входящего сигнала независимо от формы.
Поскольку на входе усилитель пропускает обе полуволны ток не прерывается, а выходные значения, проходя через усилительный элемент практически не изменяются. Таким образом, исходящий сигнал полностью повторяет входящий, а мы получаем минимальные искажения и практически идеальную, считающуюся эталонной, точность воспроизведения.
К минусам данного класса усилителей относится очень низкое (не более 25%) КПД, т.е. высокое потребление электроэнергии, при повышенном выделении тепла и малой мощности. Даже когда на входе тишина транзистор остаётся открытым, работая в половину своей мощности, расходуя энергию вхолостую и быстро нагреваясь. Таким образом, усилителю A класса с хоть сколько существенной мощностью нужны мощная система охлаждения и крупные радиаторы. Также 1 проводящий элемент сам по себе имеет не самую высокую пропускную способность, потому в ситуациях когда амплитуда входного сигнала превышает определённое значение она «не проходит» через транзистор и синусоида «обрезается» в пиковых точках.
Изобретён был в 1916 году американским учёным Эрнестом Александрсоном и не сильно изменились схематически, не считая того, что в современных схемах используются не лампы, а транзисторы.
Эрнест Фредерик Уернер Александерсон 1878 г. — 1975 г.
Класс B
Рабочая точка выбирается в начале линейного участка характеристики
Вскоре как попытка решить проблемы предыдуще