Электронными усилителями являются специальные приборы, повышающие мощность, напряжение или ток поступающих сигналов. Их точное предназначение и принципы действия зависят от конкретного вида устройства, которых достаточно много. Они используются в звукозаписывающих студиях, на телевидении и радио, помогают в приеме Wi-Fi-сигналов и сигналов из космоса. И это далеко не весь перечень функций, потому трудно переоценить значение этих приборов.
Триоды и первые усилители
В начале XX века в мире происходило бурное развитие технологий. Развивалось машиностроение, промышленность, энергетика. Именно в это время зародилась такая наука, как электроника. Поначалу она не имела широкого практического применения, однако уже через полвека это направление стало важнейшим для человеческой цивилизации. Всё, чем в наши дни пользуется человек, было бы невозможно без развития электронных технологий. Важным прорывом того периода стало изобретение устройства под названием триод.
Первая модель этого устройства представляла собой стеклянную лампу с тремя электрическими контактами и была предназначена для изменения входного сигнала электрического тока. Изменение происходило путём усиления входного сигнала. Так появился первый в истории электронный усилитель, который на заре века позволил произвести прорыв в отрасли связи – удалось создать первый беспроводной телеграф.
Общие принципы
Основной принцип работы абсолютно любого усилителя электрических сигналов, вне зависимости от функционального назначения, связан с тем, что при малых изменениях значений электрического тока и/или напряжения на входе усилительной цепи происходит значительное увеличение этих параметров на выходе, что может быть применено на практике.
Основная часть любого усилителя – это устройство под названием транзистор. Он состоит из трёх отдельных полупроводниковых элементов, которые имеют электрические контакты – это коллектор, база, эмиттер. При протекании переменного тока через них, в зависимости от его направления, транзистор усиливает или ослабляет мощность входного сигнала.
Параметры усилителей
Самая главная характеристика усилителя – это коэффициент усиления, и равен он отношению значения параметра на входе к значению параметра на выходе из цепи. Фактически этот показатель и даёт главное представление о качестве устройства и о его возможностях. Ещё один важный параметр – амплитудная характеристика. Фактически это функциональная зависимость амплитуды выходных показателей от значений входного сигнала. Важность данного параметра заключается в том, что зависимость эта нелинейная, а значит, на разные значения сигнала на входе схема будет реагировать по-разному. Третий важный параметр электронного усилителя – амплитудно-частотная характеристика, которая фактически показывает зависимость значения коэффициента усиления от частоты входного сигнала. Как получается на практике, при разной частоте переменного тока усиление происходит по-разному.
Классификация
Существует несколько признаков, по которым выделяют те или иные разновидности усилителей. Первый – это частота. Низкочастотные приборы способны повышать показатель не более чем на сотню килогерц. У высокочастотных он растет в пределах от 100 кГц до 100 МГц, иногда чуть более. Есть еще так называемые «избирательные» устройства, работающие в определенном небольшом диапазоне частот. Самый широкий охват у четвертого вида приборов. Широкополосные способны усиливать от 10 Гц до 100 МГц.
Другая типология связана с тем, что в устройствах содержится активный элемент. Это может быть, к примеру, транзистор. Выделяют полупроводниковые, СВЧ-усилители, диодные, ламповые.
Одна из новейших разновидностей – параметрические, где рост мощности сигнала происходит посредством энергии генерирующего внешнего источника. Эпизодически меняется емкость нелинейного индуктивного элемента в электрической цепи. Существуют усилительные приборы на туннельных диодах, которые используют для передачи звука в приемниках радио.
Более известна классификация по режимам. Они обозначаются заглавными символами латинского алфавита. До 60-х годов прошлого века существовало всего четыре класса: A, B, C, D. Впоследствии технологии совершенствовались и усложнялись, появились дополнительные типы режимов, подклассы, усилители с переменным напряжением.
Основы телевещания
Важнейший негативный фактор, влияющий на качество ТВ-сигнала, – удалённость от источника (телевышки). Если удалённость от телевизионной вышки настолько высока, что антенна просто не в состоянии поймать сигнал, имеет смысл включить в сеть телевизионный усилитель.
Телевизионный сигнал – это сложный электромагнитный импульс, несущий в себе видео- и аудиоинформацию. Из-за этого усилители для ТВ-антенн заметно отличаются от радиоприборов. Существует множество ТВ-усилителей, различных по характеристикам и функционалу.
В основном они делятся на две категории – усилители аналогового сигнала и цифрового ТВ (DVB-T2). Также стоить принимать во внимание, что выбор прибора зависит и от того, на сколько ТВ-приёмников необходимо передать сигнал.
Применение в мобильных сетях
Самое важное для человека устройство в наши дни – разумеется, мобильный телефон. Сегодня в мире насчитывается несколько миллиардов карманных средств связи. Но какой бы в них был толк, если бы не существовало мобильных сетей? Телефон превращается просто в дорогую игрушку, когда абонент находится в таких местах, где не существует покрытий мобильных сигналов. В каждом мобильном аппарате существует усилитель связи. Дело в том, что одной встроенной антенны для приёма сигнала сотового оператора буде недостаточно по причине того, что сигнал ослабевает с расстоянием от источника.
Чтобы связь происходила без помех, специальный усилитель связи в телефоне увеличивает мощность пойманного антенной сигнала и переводит его уже в удобный для абонента вид. Но иногда даже этого встроенного усилителя бывает недостаточно при слишком слабом покрытии местности. И тогда применяются специальные внешние усилители – репитеры, идущие отдельно от комплекта телефона.
Применение в Wi-Fi
В современную информационную эру сложно представить свою жизнь без доступа ко Всемирной паутине. Самым популярным типом беспроводного соединения, бесспорно, считается Wi-Fi. Однако у этой технологии есть заметный минус – ограниченная дальность действия. При отсутствии преград устройства могут принимать сеть на расстоянии лишь до 100 метров. Это не всегда удобно, особенно для крупных компаний или фирм, филиалы которой находятся в разных районах города.
Подобный недостаток снимают усилители WiFi. Это специальные устройства-повторители, которые принимают слабый электромагнитный сигнал, преобразуют его в более мощный и ретранслируют на близлежащие приёмники интернет-сигнала. WiFi-усилители всё чаще становятся популярными в загородной местности, что делает этот тип интернет-соединения не менее популярным, чем мобильный.
Изменение звуковой частоты
Человек способен слышать звук только в определенных пределах восприятия. Фактически на звуковые сигналы с частотой свыше 20 тысяч Гц люди не могут реагировать. Ультразвуковые волны слышат лишь некоторые виды животных, преимущественно ведущие ночной образ жизни. Что касается низкочастотных, то здесь порог для человека – от 16 Гц. Все, что ниже, называется инфразвуком. Подобные волны образуются при падении метеорита, во время бурь. Но для человеческого уха такие сигналы неслышимы.
Усилитель частоты применяют во многих бытовых приборах и технике. Это телевизоры, передатчики радио, музцентры. Есть и отдельные специальные устройства. Суть их – в достижении определенного частотного диапазона, равного тому, что способен воспринять человеческий мозг. Низкие частоты преобразуются, изменяется мощность колебаний. В некоторых аппаратах есть возможность регулировать тембры, уровень громкости. С помощью встроенного эквалайзера можно даже корректировать амплитуду сигнала.
С применением радиоламп
В ламповых усилителях используются вакуумные лампы. Такие приборы популярны в студиях звукозаписи и воспроизведения музыки. Их достоинство в том, что помимо получения подходящих частот удается получить дополнительные тоны. Их именуют гармониками, и если в полупроводниковых устройствах это как четные, так и нечетные, то в ламповых – преимущественно только первые. Звучание получается чище, музыка – качественнее.
Мощность ламповых усилителей ниже, чем в транзисторных, но зато их схемы гораздо проще, без обилия сложных деталей. Считается, что такие приборы более натурально передают звук, в особенности высокие диапазоны частот. С воспроизведением басов могут быть проблемы. Поэтому рекомендуют прослушивать с помощью устройств в основном вокальную или джазовую музыку.
О моноблоках
Существует разновидность электронных усилителей, которые называют моноблочными. Их влияние распространяется только на один звуковой канал. Отсюда термин, где «моно» обозначает «единственный». Подобными агрегатами пользовались музыканты из довольно известных групп, таких как Grateful Dead. Усилители работают на лампах, но существуют и с транзисторами. Их преимущество: дают превосходное качество звука.
Для оборудования стереосистемы потребуется два моноблока. Это связано с влиянием на правый либо левый звуковой канал. В дополнение желательно приобрести предварительный усилитель. Моноблоки – проверенные временем устройства. Они появились одними из первых из подобных себе и распространены по сей день. Недостатки – довольно высокая цена и особые требования по размещению и использованию. Потому подобную аудиосистему оборудовать могут позволить себе только профессиональные музыканты, имеющие средства.
