Электронны ўзмацняльнік

100-ватны стэрэаўзмацняльнік, які выкарыстоўваўся ў хатніх кампанентных аўдыясістэмах у 1970-х.

Узмацненне азначае павелічэнне амплітуды (напружання ці току) зменнага ў часе сігналу на зададзены каэфіцыент, як паказана тут. Графік паказвае ўваходнае напружанне ${\displaystyle v_{i}(t)}$ (сіні) і выхадное напружанне ${\displaystyle v_{o}(t)}$ (чырвоны) ідэальнага лінейнага ўзмацняльніка з адвольным сігналам, прыкладзеным да ўваходу.

У гэтым прыкладзе ўзмацняльнік мае каэфіцыент ўзмацнення напружання 3; значыць ў любы момант ${\displaystyle v_{o}=3v_{i}\,}$

Узмацняльнік, або электронны ўзмацняльнік — гэта электронная прылада, якая можа павялічваць магутнасць сігналу (зменнае ў часе напружанне ці ток). Электронная схема выкарыстоўвае электраэнергію ад крыніцы сілкавання для павелічэння амплітуды сігналу, што паступае на яго ўваход, ствараючы прапарцыйна большую амплітуду сігналу на яго выхадзе. Узмацненне, якое забяспечвае ўзмацняльнік, вымяраецца яго каэфіцыентам: суадносам выхаднога напружання, току або магутнасці да ўваходнага. Узмацняльнік — гэта схема, якая мае каэфіцыент ўзмацнення магутнасці больш за адзінку.^[1][2][3]

Узмацняльнік можа быць альбо асобным абсталяваннем, альбо электрычным ланцугом, які з’яўляецца часткай іншай прылады. Узмацненне з’яўляецца адным з асноўных паняццяў электронікі XX стагоддзя. Узмацняльнікі шырока выкарыстоўваюцца практычна ва ўсім электронным абсталяванні. Узмацняльнікі можна класіфікаваць па-рознаму. Адна з класіфікацый — па частаце ўзмацняемага электроннага сігналу. Напрыклад, узмацняльнікі гуку ўзмацняюць сігналы ў гукавым дыяпазоне менш за 20 кГц, антэнныя ўзмацняльнікі ўзмацняюць частоты ў дыяпазоне радыёчастот паміж 20 кГц і 300 ГГц, серваўзмацняльнікі і вымяральныя ўзмацняльнікі могуць працаваць з вельмі нізкімі частотамі аж да пастаяннага току. Узмацняльнікі таксама можна класіфікаваць па паслядоўнасці размяшчэння ў сігнальным ланцугу; напр., папярэдні ўзмацняльнік можа быць першым этапам апрацоўкі сігналу.^[4]

Гісторыя элементнай базы

Радыёлямпы

Першай практычнай электрычнай прыладай, якая была ўжыта для ўзмацнення, была радыёлямпа трыёд, вынайдзеная ў 1906 г. Лі Дэ Форэстам ^[5]. Вынаходства прывяло да з’яўлення першых узмацняльнікаў прыблізна ў 1912 ^[6] г. Вакуумныя радыёлямпы выкарыстоўваліся практычна ва ўсіх узмацняльніках да 1960-1970-х гадоў, пакуль транзістары іх не выцеснілі. Сёння ў большасці ўзмацняльнікаў выкарыстоўваюцца транзістары, але электронныя лямпы працягваюць выкарыстоўвацца ў некаторых галінах.

Прататып гукаўзмацняльніка Дэ Форэста 1914 года. Радыёлямпа Audion (трыёд) мела ўзмацненне напружання каля 5, забяспечваючы агульнае ўзмацненне прыблізна 125 для гэтага трохкаскаднага ўзмацняльніка.

Развіццё тэхналогіі тэлефоннай сувязі, запатэнтаванай упершыню ў 1876 г., стварыла неабходнасць павялічваць амплітуду электрычных сігналаў для перадачы сігналаў на ўсё большыя адлегласці. У тэлеграфіі гэтая праблема была вырашана з дапамогай прамежкавых прылад на станцыях, якія папаўнялі рассеяную энергію, ўключаючы рэгістратар сігналу наўпрасткі да перадатчыкаў. Так стваралі паслядоўны ланцуг перадачы, і мясцовая крыніца энергіі на кожнай прамежкавай станцыі сілкавала наступны этап перадачы. Для дуплекснай перадачы, значыць адпраўкі і прыёму ў абодвух напрамках, распрацоўваліся двухнакіраваныя рэтранслятары, пачынаючы з працы К. Ф. Варлі. Дуплексная перадача мела важнае значэнне для тэлефаніі, і праблема не была вырашана задавальняюча да 1904 г., калі Г. Э. Шрыў з кампаніі AT&T палепшыў існуючыя спробы пабудовы тэлефоннага рэтранслятара, спалучыўшы вугальны мікрафон і электрадынамічны прыёмнік.^[7] Упершыню рэтранслятар Шрыва быў выпрабаваны на лініі паміж Бостанам і Эймсберы, штат Масачусэтс, і больш дасканалыя прылады заставаліся ў эксплуатацыі некаторы час. На рубяжы XIX—XX стагоддзяў было вызначана, што ртутныя лямпы з адмоўным дыферэнцыяльным супраціўленнем могуць ужывацца для узмацнення, і іх таксама спрабавалі выкарыстоўваць у рэтранслятарах без асаблівага поспеху.^[8] Ф

Распрацоўка тэрмаэлектронных радыёлямп, пачынаючы з 1902 года, зрабіла магчымым цалкам электронны метад узмацнення сігналаў.^[9][10]. Паколькі адзінай папярэдняй прыладай, якая шырока выкарыстоўвалася для ўзмацнення сігналу, было рэле, якое выкарыстоўвалася ў тэлеграфных сістэмах, узмацняльная радыёлямпа пачаткова называлася электронным рэле.^{[11][12][13][14]} Тэрміны ўзмацняльнік і ўзмацненне^[15] былі ўпершыню выкарыстаны для азначэння магчымасці павялічэння энергіі сігналу каля 1915 года, калі трыёды атрымалі шырокае распаўсюджанне.

Узмацняльная радыёлямпа зрабіла рэвалюцыю ў электратэхніцы, стварыўшы новую вобласць электронікі — тэхналогію актыўных электрычных прылад.^[6] Гэтая прылады зрабілі магчымымі міжгароднія тэлефонныя лініі, мегафоны, радыёвяшчанне, агучаныя кінафільмы, запіс аўдыёпраграм, радар, тэлебачанне і першыя камп’ютары. На працягу 50 гадоў практычна ўсе бытавыя электронныя прылады выкарыстоўвалі радыёлямпы. Першыя лямпавыя ўзмацняльнікі часта мелі станоўчую зваротную сувязь (рэгенерацыю), што магло павялічыць узмацненне, але таксама зрабіць узмацняльнік няўстойлівым і схільным да ўзбуджэння. Большая частка матэматычнай тэорыі ўзмацняльнікаў была распрацавана ў тэлефонных лабараторыях Bell ў 1920-1940-х гг. Узровень скажэнняў у ранніх узмацняльніках быў высокі, звычайна каля 5 %, да 1934 г., калі Гаральд Блэк вынайшаў адмоўную зваротную сувязь; гэта дазволіла значна знізіць узровень скажэння за кошт меншага ўзмацнення. Іншыя поспехі ў тэорыі ўзмацнення былі зроблены Гары Найквістам і Хендрыкам Уэйдам Бодэ.^[16]

На працягу 40 гадоў радыёлямпа была практычна адзінай узмацняльнай прыладай, акрамя спецыялізаваных сілавых прыбораў, такіх як магнітны ўзмацняльнік і ратацыйны ўзмацняльнік. У схемах кіравання магутнасцю ўжывалі магнітныя ўзмацняльнікі да другой паловы ХХ стагоддзя, калі магутныя паўправадніковыя прыборы сталі больш эканамічнымі і хуткімі. Старыя электраакустычныя рэтранслятары Герберта Шрыва (Herbert Shreeve) ужываліся ў рэгулюемых узмацняльніках абаненцкіх тэлефонных апаратаў для людзей са слабым слыхам, пакуль у 1950-я гады паўправаднікі не зрабілі магчымымі меншыя памерам і якаснейшыя ўзмацняльнікі.^[17]

Паўправаднікі

Першым працуючым транзістарам быў кропкавы транзістар, вынайдзены Джонам Бардзінам і Уолтэрам Братэйнам у 1947 г. у Bell Labs, дзе Уільям Шоклі пазней вынайшаў біпалярны транзістар у 1948 годзе. У 1959 годзе ўслед за імі рушыла вынаходніцтва Махамеда М. Аталы і Давона Канга з Bell Labs, — палявога транзістара складзенага з метала-аксіду-паўправадніку (МАП). Дзякуючы здольнасці МАП да памяншэння, МАП-узмацняльнікі з тых часоў сталі найбольш распаўсюджаным узмацняльнікам.^[18]

Замена грувасткіх электронных лямпаў на транзістары стварыла рэвалюцыю ў электроніцы ў 1960-1970-х гг., зрабіўшы магчымым новы клас партатыўных электронных прылад, такіх як транзістарнае радыё, распрацаванае ў 1954 годзе. Сёння выкарыстанне вакуумных лямпаў абмежавана схемамі вялікай магутнасці, такімі як радыёперадатчыкі.

Пачынаючы з 1970-х гадоў, усё больш і больш транзістараў размяшчалася на адной падложцы мікрасхемы, ствараючы тым самым больш высокія маштабы інтэграцыі (такія як дробная, сярэдняя і буйная інтэграцыя) у інтэгральных мікрасхемах. Шматлікія ўзмацняльнікі ў сучасных прыладах будуюцца на інтэгральных схемах.

Для спецыяльных мэт ужываюцца іншыя актыўныя элементы. Напрыклад, на пачатку развіцця спадарожнікавай сувязі былі папулярны параметрычныя ўзмацняльнікі. Ланцуг параметрычнага узмацняльніка будуецца на варыкапе, ёмістасць якога змяняецца радыёчастотным сігналам. Пры пэўных умовах гэты сігнал змяшчае энергію, якая мадулюецца слабым спадарожнікавым сігналам, атрыманым на зямной станцыі.

З дасягненнямі лічбавай электронікі, на прыканцы XX стагоддзя з’явіліся альтэрнатывы традыцыйным лінейным узмацняльнікам — на базе лічбавага пераключэння і кіравання формай і шырынёй імпульсу, напрыклад, такія прылады, як шыротна-імпульсны ўзмацняльнік.

Мадэлі

Чатыры тыпы залежнай крыніцы — пераменная кіравання злева, пераменная выхаду справа

У прынцыпе, узмацняльнік — гэта электрычны двухпортавы ланцуг, ствараючы павялічаную копію ўваходнага сігналу на выхадзе.

1. Уваходны порт можна ідэалізаваць як уваход напружання, які амаль не спажывае ток ад крыніцы сігналу, тады на выхадзе утвараецца напружанне, суадноснае напружанню на порце
2. Уваходны порт можна ідэалізаваць як ўваход току амаль без напружання на ім, тады на выхадзе утвараецца ток, суадносны току праз уваходны порт.
3. Выхадны порт можна ідэалізаваць як залежную крыніцу напружання з нулявым супраціўленнем крыніцы і выхадное напружанне залежыць ад уваходнага
4. Выхадны порт можна ідэалізаваць як залежную крыніцу току, з бясконцым супраціўленнем крыніцы, дзе выхадны ток залежыць ад уваходнага.

Камбінацыі гэтых варыянтаў прыводзяць да чатырох тыпаў ідэальных узмацняльнікаў.^[4] У ідэалізаваным выглядзе яны прадстаўлены кожным з чатырох тыпаў залежных крыніц, якія выкарыстоўваюцца ў лінейным аналізе, як паказана на малюнку, а менавіта:

Уваход	Выхад	Залежная крыніца	Тып узмацняльніка	Адзінка узмацнення
I	I	Крыніца току з кіраваным токам, CCCS	Узмацняльнік току	Каэфіцыент
I	V	Крыніца напружання з кіраваннем токам, CCVS	Узмацняльнік напружання, кіраваны токам	Ом
V	I	Крыніца току з кіраваннем напругай, VCCS	Узмацняльнік току, кіраваны напругай	Сіменс
V	V	Крыніца напружання з кіраваннем напругай, VCVS	Узмацняльнік напружання	Каэфіцыент

Кожны тып узмацняльніка ў ідэале мае ідэальнае ўваходнае і выходнае супраціўленне, аднолькавае з супраціўленнем адпаведнай залежнай крыніцы:^[19]

Тып узмацняльніка	Залежная крыніца	Уваходнае супраціўленне	Выхадное супрацiўленне
Ток	CCCS	0	∞
Трансрэзістэнцыя	CCVS	0	0
Трансдуктыўнасць	VCCS	∞	∞
Напружанне	VCVS	∞	0

У рэальных узмацняльніках немагчыма дасягнуць ідэальных імпедансаў. Гэтыя ідэальныя элементы можна выкарыстоўваць для пабудовы эквівалентных ланцугоў рэальных узмацняльнікаў, дадаючы на ўваход і выхад імпедансы — супраціўленне, ёмістасць і індуктыўнасць. Для канкрэтнай схемы ўжываецца аналіз малога сігналу, каб знайсці фактычнае супраціўленне. Малы сігнал выпрабавальнага пераменнага току I _x прыкладаецца да ўваходнага або выхаднога вузла, усе знешнія крыніцы маюць нуль пераменнага току, і адпаведнае пераменнае напружанне V _x на крыніцы выпрабавальнага току вызначае імпеданс на гэтым вузле як R = V _х / I _х.^[20]

Узмацняльнікі, прызначаныя для падлучэння да лініі перадачы на ўваходзе і на выхадзе, асабліва ўзмацняльнікі ВЧ, не ўпісваюцца ў гэты падыход. Замест таго, каб мець справу з напругай ці токам паасобку, яны ў ідэале спалучаюцца з уваходным і выходным імпедансам, адпаведным імпедансу лініі электраперадачы, гэта значыць адпавядаюць суадносінам напружання і току. Шмат сапраўдных узмацняльнікаў ВЧ больш блізкія да гэтай мадэлі. Для дадзеных адпаведных імпедансу крыніцы і нагрузкі радыёчастотны ўзмацняльнік можна ахарактарызаваць як узмацняльнік напружання або току, аднак па сутнасці радыёчастотны ўзмацняльнік ўзмацняе магутнасць.^[21]

Уласцівасці

Ўласцівасці ўзмацняльніка задаюцца параметрамі, якія ўключаюць:

• Каэфіцыент узмацнення, суадносіны паміж велічынёй выходных і ўваходных сігналаў
• Шырыня карыснага дыяпазону частот
• Эфектыўнасць, суадносіны магутнасці на выхадзе і агульнай спажыванай магутнасці
• Лінейнасць, ступень, у якой прапорцыя паміж уваходнай і выходнай амплітудай аднолькавая для ўводнага сігналу з высокай і нізкай амплітудай
• Шум, мера непажаданага змянення выходнага сігналу ад чаканага
• Выхадны дынамічны дыяпазон, суадносіны найбольшага і найменшага карысных узроўняў выхаду
• Хуткасць росту, максімальная хуткасць змены узроўня выхаду
• Час нарастання, час усталявання, нераўнамернасць вяршыні імпульсу, якія характарызуюць водгук на прыступкавідны сігнал і апісваюць пераходную характарыстыку
• Устойлівасць, здольнасць пазбягаць самаўзбуджэння

Узмацняльнікі апісваюцца ў адпаведнасці са ўласцівасцямі іх уваходаў, выхадаў і іх узаемасувяззю.^[22] Усе ўзмацняльнікі маюць каэфіцыент узмацнення — множнік, які звязвае велічыню нейкай уласцівасці выходнага сігналу з параметрам ўваходнага сігналу. Каэфіцыент узмацнення можа быць паказаны як стаўленне выхаднога напружання да ўваходнага напружання (узмацненне напружання), выхадной магутнасці да ўваходнай магутнасці (узмацненне магутнасці) альбо камбінацыі току, напружання і магутнасці. У многіх выпадках уласцівасць выхаду залежыць ад той жа самай ўласцівасці ўваходу, такім чынам апісваючы ўзмацненне каэфіцыентам па адной і той жа фізічный адзінцы. Незалежна ад узмацняемых уласцівасцей, ўзмацненне тыпова выяўляецца ў дэцыбэлах (дБ)).

Большасць узмацняльнікаў ствараюцца каб узмацняць лінейна. Гэта значыць, яны забяспечваюць пастаяннае памнажэнне выхаднога сігналу для любога намінальнага ўзроўню ўваходу. Калі кафіцыент ўзмацнення нелінейны, выхадны сігнал можа скажацца. Ёсць выпадкі, калі перамена каэфіцыенту ўзмацнення з’яўляецца карыснай. У некаторых ужываннях апрацоўкі сігналаў выкарыстоўваюцца ўзмацняльнікі экспаненцыяльнага ўзмацнення, а таксама ўзмацняльнікі з аўтаматычнай рэгуліроўкай (АРУ) і з абмежаваннем.^[4]

Узмацняльнікі звычайна ствараюцца для добрай працы ў пэўным ужыванні, напрыклад: радыё- і тэлевізійныя перадатчыкі і прыёмнікі, стэрэаапаратура высокай дакладнасці («hi-fi»), мікракампутары і іншае лічбавае абсталяванне, а таксама ўзмацняльнікі электрагітары і іншых інструментаў. Кожны ўзмацняльнік уключае ў сябе прынамсі адзін актыўны кампанент, напрыклад, радыёлямпу ці транзістар.

Адмоўная зваротная сувязь

Адмоўная зваротная сувязь — гэта метад, які выкарыстоўваецца ў большасці сучасных узмацняльнікаў для паляпшэння шырыні дыяпазону частот, змяншэння скажэнняў і кантролю лінейнасці ўзмацнення. Ва ўзмацняльніку з адмоўнай зваротнай сувяззю частка выхаду дадаецца на ўваход у процілеглай фазе, змяншаючы ўзровень уваходу. Асноўны эфект — зніжэнне агульнага ўзмацнення сістэмы. Аднак любыя непажаданыя сігналы, якія паступаюць на ўзмацняльнік, такія як скажэнні, таксама заводзяцца назад. Паколькі яны не з’яўляюцца часткай зыходнага ўводу, яны дадаюцца да ўваходу ў процілеглую фазу, адымаючы іх ад уваходнага сігналу. Такім чынам, адмоўная зваротная сувязь таксама памяншае нелінейнасць, скажэнні і іншыя памылкі, унесеныя ўзмацняльнікам. Значная глыбіня адмоўнай зваротнай сувязі можа паменшыць памылкі да такой ступені, што рэакцыя самога ўзмацняльніка амаль губляе значэнне, пакуль ён мае дастаткова вялікі каэфіцыент узмацнення, а выхадная характарыстыка сістэмы («характарыстыка замкнёнай сістэмы») цалкам вызначаецца кампанентамі ў ланцугу зваротнай сувязі. Гэты прыём асабліва выкарыстоўваецца ў аперацыйных ўзмацняльніках.

Узмацняльнікі без зваротнай сувязі могуць дасягнуць скажэнняў каля 1 % для сігналаў аўдыячастаты. З адмоўнай зваротнай сувяззю скажэнне звычайна можна паменшыць да 0,001 %. Шум, нават перакрыжаваныя скажэнні, можна практычна ліквідаваць. Адмоўная зваротная сувязь таксама кампенсуе змену тэмператур і дэградацыю альбо нелінейнасць кампанентаў ўзмацняльных каскадаў. Любое змяненне альбо нелінейнасць кампанентаў у ланцугу зваротнай сувязі будзе ўплываць на выхад. Здольнасць контуру зваротнай сувязі вызначаць выхадную характарыстыку ўжываецца для стварэння ланцугоў актыўных фільтраў.

Яшчэ адна перавага адмоўнай зваротнай сувязі — пашырэнне дыяпазону частот ўзмацняльніка. Паняцце зваротнай сувязі выкарыстоўваецца ў аперацыйных узмацняльніках для дакладнага вызначэння ўзмацнення, дыяпазону частот і іншых параметраў, цалкам заснаваных на кампанентах у цыкле зваротнай сувязі.

Адмоўная зваротная сувязь можа прымяняцца ў кожным каскадзе ўзмацняльніка, каб стабілізаваць рабочую кропку актыўных кампанентаў адносна нязначных змен у напрузе сілкавання або характарыстыках кампанентаў.

Некаторая глыбіня зваротнай сувязі, станоўчай ці адмоўнай, непазбежныя і часта непажаданыя. Гэтая сувязь ствараецца, напрыклад, паразітычнымі элементамі, такімі як уласцівая ёмістасць паміж уваходам і выхадам транзістараў, і ёмістная сувязь праводкі падключэння да сеткі, вытоку сігнала (напр., мікрафона) і выхаднога пераўтваральніка (напр., дынаміка). Празмерная станоўчая зваротная сувязь, якая залежыць ад частаты, можа выклікаць паразітныя ваганні і ператварыць узмацняльнік у генератар.

Катэгорыі

Базавыя кампаненты

Усе ўзмацняльнікі ўключаюць нейкую актыўную прыладу: гэта прылада, якая ажыццяўляе самое ўзмацненне. Актыўнай прыладай можа быць радыёлямпа, дыскрэтны цвёрдацельны кампанент, напрыклад, адзінкавы транзістар, альбо частка інтэгральнай схемы, як у аперацыйным узмацняльніку.

Транзістарныя ўзмацняльнікі (або цвёрдацельныя ўзмацняльнікі) — найбольш распаўсюджаны сёння тып узмацняльнікаў. У якасці актыўнага элемента ўжываецца транзістар. Каэфіцыент узмацнення вызначаецца ўласцівасцямі самога транзістара, а таксама ланцугом, у якім ён знаходзіцца.

Звычайна актыўныя прылады ў транзістарных узмацняльніках уключаюць біпалярныя транзістары і палявыя транзістары.Транзістарнае ўзмацненне можа быць рэалізавана з выкарыстаннем розных канфігурацый: напрыклад, біпалярны транзістар можа быць уключаны ў каскад з агульнай базай, агульным калектарым або агульным эмітэрам; палявы транзістар можа быць уключаны па схеме з агульным затворам, агульным вытокам або агульным сцёкам. Кожная канфігурацыя мае розныя характарыстыкі.

У электронна-лямпавых узмацняльніках у якасці актыўнай прылады выкарыстоўваецца радыёлямпа. У той час як паўправадніковыя ўзмацняльнікі ў асноўным выцясняюць лямпавыя ўзмацняльнікі для сігналаў з невялікай магутнасцю, лямпавая ўзмацняльнікі могуць быць значна больш эканамічна эфектыўнымі ў такіх магутных усталяваннях, як радар, пастаноўшчык радыёперашкод і абсталяванне сотавай сувязі. Шматлікія мікрахвалевыя ўзмацняльнікі — гэта спецыяльна распрацаваныя лямпавыя ўзмацняльнікі, такія як клістронны, гіратронны, магнетронны, і ўзмацняльнік на лямпах бягучай хвалі. Гэтыя мікрахвалевыя лямпы забяспечваюць значна вялікшы выхад магутнасці з прылады, чым цвёрдацельныя.^[23] Электронныя лямпы ўжываюцца ў некаторых высакакласных аўдыяусталяваннях, а таксама ва ўзмацняльніках музычных інструментаў з-за перавагі да «гуку электронных лямп».

Магнітныя ўзмацняльнікі — гэта прылады, нагадваючыя трансфарматар. Адна абмотка кіруе насычэннем магнітнага стрыжаню і, такім чынам, змянення дынамічнага супраціўлення другой абмоткі.^[24]

У значнай ступені магнітныя ўзмацняльнікі выйшлі з ужытку з-за развіцця паўправадніковых узмацняльнікаў. Магнітныя ўзмацняльнікі карысныя ў кіраванні ЛЭП і ў сістэмах кіравання ядзернай рэакцыяй з-за таго, што не падвяргаюцца ўздзеянню радыеактыўнасці.

Узмацняльнік можа будавацца на базе элементаў з адмоўным супраціўленнем, такіх як тунэльны дыёд. ^{[25] [26]}

Узмацняльнікі магутнасці

Узмацняльнік магутнасці Skyworks Solutions у смартфоне.

Узмацняльнік магутнасці — узмацняльнік, прызначаны ў асноўным для павелічэння магутнасці праз нагрузку. На практыцы каэфіцыент ўзмацнення магутнасці залежыць ад імпедансаў крыніцы і нагрузкі, а таксама ўласцівага ўзмацнення напружання і току. Канструкцыя радыёчастотнага (ВЧ) ўзмацняльніка звычайна ўзгадняе дынамічныя імпедансы для перадачы магутнасці, у той час як канструкцыі гукаўзмацняльнікаў і вымяральных ўзмацняльнікаў звычайна ўзгадняюць ўваходны і выхадны імпеданс для мінімальнай нагрузкі і найвышэйшай лінейнасці. Узмацняльнік, які, на прыклад, мае ўзмацненне 20 дБ (суадносіны магутнасці 100), можа здолець узмацненне напружання 20 дБ і выдаць дадатковую магутнасць па току — ў практыцы атрымліваецца значна меншае ўзмацненне магутнасці, калі, напрыклад, уваход ідзе ад мікрафону з унутраным супраціўленнем 600 Ω, і выхад падключаецца да ўзмацняльніка магутнасці з супраціўленнем 47 кΩ. Звычайна узмацняльнік магутнасці з’яўляецца апошнім узмацняльнікам і наяўным каскадам у сігнальным ланцугу і патрабуе ўвагі да эфектыўнасці сілкавання. Узмацняльнікі магутнасці падзяляюцца па класе патрабаванняў па эфектыўнасці бо яны заснаваныя на зрушэнні выхадных транзістараў або лямпаў.

Звычайна для ўзмацнення сігналу сігналу для гучнагаварыцеляў выкарыстоўваюцца гукаўзмацняльнікі. Яны часта маюць два выходных канала і забяспечваюць аднолькавую магутнасць для кожнага. Радыёчастотны ўзмацняльнік магутнасці знаходзіцца на канчатковай стадыі радыёперадатчыка. Кантролер серварухавіка узмацняе кіравальнае напружанне для рэгулявання хуткасці рухавіка альбо пазіцыі матарызаванай сістэмы.

Аперацыйныя ўзмацняльнікі

Аперацыйны ўзмацняльнік M741 агульнага прызначэння

Аперацыйны ўзмацняльнік — гэта ўзмацняльная схема, якая звычайна мае высокі каэфіцыент узмацнення і дыферэнцыяльныя ўваходы. Аперацыйныя ўзмацняльнікі сталі вельмі шырока выкарыстоўвацца ў якасці стандартызаваных «блокаў узмацнення» ў схемах дзякуючы сваёй універсальнасці; іх узмацненне, прапускная здольнасць і іншыя характарыстыкі могуць кіравацца зваротнай сувяззю праз знешні контур. Хоць гэты тэрмін сёння звычайна ўжываецца ў пабудове ланцугоў на інтэгральных мікрасхемах, у першапачатковай канструкцыі аперацыйнага ўзмацняльніка выкарыстоўваліся радыёлямпы, а пазнейшыя канструкцыі выкарыстоўвалі дыскрэтныя транзістарныя схемы.

Цалкам дыферэнцыяльны ўзмацняльнік падобны на аперацыйны ўзмацняльнік, але таксама мае дыферэнцыяльныя выхады. Звычайна такі ўзмацняльнік ужываецца для выдачы супрацьфазаванага сігналу на кручаную пару або уваход аналага-лічбавага пераўтваральніка.

Размеркаваныя ўзмацняльнікі

Яны выкарыстоўваюць сіметрычныя хваляводы для спалучэння асобных аднакаскадных узмацняльнікаў, выхады якіх сумаваны па адной лініі перадачы. Уваход хваляводу знаходзіцца на адным баку збалансаванай лініі электраперадачы, а выхад на супрацьлеглым канцы. Каэфіцыент узмацнення кожнага каскаду лінейна дадае да выхаду, а не памнажаецца адзін на другі, як у шматкаскадным узмацняльніку. Гэта дазваляе дасягнуць больш шырокага дыяпазону частот, чым магчыма было б рэалізаваць на тых жа элементах у шматкаскадным узмацняльніку.

Шыротна-імпульсныя ўзмацняльнікі

Гэтыя нелінейныя ўзмацняльнікі працуюць у рэжыме камутацыі і маюць значна большую эфектыўнасць, чым лінейныя ўзмацняльнікі. Шыротна-імпульсныя ўзмацняльнікі выкарыстоўваюцца там, дзе эканомія энергіі апраўдвае дадатковую складанасць.

Узмацняльнік адмоўнага супраціўлення

Узмацняльнік адмоўнага супраціўлення — тып рэгенератыўнага ўзмацняльніка ^[27] які можа выкарыстоўваць зваротную сувязь паміж вытокам транзістара і затворам для пераўтварэння ёмістага імпедансу на вытоку транзістара ў адмоўнае супраціўленне на яго затворы. У параўнанні з іншымі тыпамі ўзмацняльнікаў, гэтаму «ўзмацняльніку адмоўнага супраціўлення» спатрэбіцца толькі мізэрная колькасць магутнасці для дасягнення вельмі высокага ўзмацнення, падтрымліваючы пры гэтым добры паказчык шуму.

Прымяненні

Відэа ўзмацняльнікі

Відэа ўзмацняльнікі распрацаваны для апрацоўкі відэасігналаў і маюць розную шырыню частотнага дыяпазону ў залежнасці ад разрознення выявы і ад метаду пераўтварэння яркасці і колеру ў сігнал. Для прымальнай якасці тэлевізійнай выявы відэа ўзмацняльнік павінен адказваць на патрабаванні да нераўнамернасці вяршыні імпульсу.^[28]

Мікрахвалевыя ўзмацняльнікі

Узмацняльнікі на базе лямпы бягучай хвалі ўжываюцца для ўзмацнення магутнасці на радыёхвалевых частотах. Яны звычайна могуць узмацняць ў шырэйшым спектры частот і патрабуюць больш складанай наладкі, чым клістроны.^[29]

Клістроны - гэта спецыялізаваныя лінейна-прамянёвыя электронныя лямпы, распрацаваныя для забеспячэння высокай магутнасці і шырока дыяпазону ўзмацнення міліметровых і субміліметровых хваль. Клістроны распрацаваны для моцных усталяванняў. Нягледзячы на больш вузкую паласу частот, чым лямпы бягучай хвалі, яны маюць перавагу ўзгодненага ўзмацнення апорнага сігналу, так што выхад можа быць дакладна закантраляваны па амплітудзе, частаце і фазе.

Цвёрдацельныя прылады звычайна ужываюцца на радыёчастоты і ўзроўні магутнасці парадку ват, асабліва ў таках прымяненнях, як партатыўная радыёчастотная сувязь, сотавыя тэлефоны і дыстанцыйнае кіраванне, дзе памер і энэргаэфектыўнасць пераважаюць. Новыя матэрыялы, такія як нітрыд галію (GaN) або GaN на крэмніі альбо на карбідзе крэмнію (SiC), з’яўляюцца ў транзістарах з высокай рухомасцю электронаў для мала- і сярэднемоцных прымяненняў да соцень ват, дзе крытычна энергаспажыванне, ад адзінак да дзясяткаў гігагерц (ГГц).^[30][31]

У залежнасці ад спецыфікацый узмацняльніка і патрабаванняў да памераў, мікрахвалевыя ўзмацняльнікі могуць быць рэалізаваны як маналітна інтэграваныя, інтэграваныя ў выглядзе модуляў, альбо на аснове дыскрэтных элементаў.

МАЗЕР — гэта неэлектронны мікрахвалевы ўзмацняльнік.

Узмацняльнікі музычных інструментаў

Узмацняльнікі музычных інструментаў — гэта шэраг гукаўзмацняльнікаў, якія павышаюць ўзровень гуку музычных інструментаў, напрыклад гітар, падчас выступленняў.

Каскады ўзмацняльнікаў

Агульны вывад

Адна з класіфікацый узмацняльнікаў заснавана на тым, які тэрмінал прылады з’яўляецца агульным як для ўваходнага, так і для выхаднога ланцуга. У выпадку біпалярных транзістараў магчымых схем тры — гэта каскад з агульным эмітэрам, з агульнай базай і з агульным калектарам. Для палявых транзістараў адпаведныя схемы ўключаюць агульны выток, агульны затвор і агульны сток; для электронных лямпаў - агульны катод, агульную сетку і агульны анод.

Каскад з агульным эмітэрам (альбо агульным вытокам, агульным катодам) часцей за ўсё ўжываецца для ўзмацнення напружання, якое падаецца паміж базай і эмітэрам. Выхадны сігнал здымаецца паміж калектарам і эмітэрам, і атрымліваецца інвертаваным адносна ўваходнага. Схема з агульным калектарам прыкладае ўваходнае напружанне паміж базай і калектарам і стварае выхадное напружанне паміж эмітэрам і калектарам. Такое ўключэнне змяшчае адмоўную зваротную сувязь, і выхадное напружанне, як правіла, адпавядае адно-да-аднаго ўваходнаму напружанню. Гэтая схема таксама выкарыстоўваецца там, дзе патрабуецца высокі ўваходны імпеданс каб не загружаць крыніцу сігналу, хоць узмацненне напружання можа быць менш, чым адзін. Схема агульнага калектара, такім чынам, больш вядомая як эмітэрны паўтаральнік, вытокавы паўтаральнік, або катодны паўтаральнік.

Аднабаковы альбо двухбаковы

Узмацняльнік, выхад якога не мае зваротнай сувязі са сваім уваходным бокам, апісваецца як «аднабаковы». Уваходны імпеданс аднабаковага ўзмацняльніка не залежыць ад нагрузкі, а выхадны імпеданс не залежыць ад імпедансу крыніцы сігналу.^[32]

Узмацняльнік, які выкарыстоўвае зваротную сувязь для падлучэння часткі выхаду назад да ўваходу, з’яўляецца двухбаковым узмацняльнікам. Уваходны імпеданс двухбаковага ўзмацняльніка залежыць ад нагрузкі, а выхадны — ад імпедансу крыніцы сігналу. Усе ўзмацняльнікі ў нейкай ступені двухбаковыя; аднак яны часта могуць мадэлявацца як аднабаковыя ў тых працоўных умовах, калі зваротная сувязь досыць малая, каб спрасціць аналіз.

Інвертаванне

Іншы спосаб класіфікацыі ўзмацняльнікаў — па фазавай залежнасці выхаднога сігналу ад уваходнага. «Інвертуючы» ўзмацняльнік стварае выхад звернуты на 180 градусаў па фазе адносна уваходнага сігнала (гэта значыць, інверсія палярнасці або люстраны адбітак ўваходу, калі глядзець на асцылографе). Неінвертуючы узмацняльнік падтрымлівае фазу уваходнага сігналу нязменнай на выхадзе. Эмітэрны паўтаральнік — гэта тып неінвертуючага ўзмацняльніка, які паказвае, што сігнал на эмітары транзістара супадае па фазе (магчыма са зрушэннем па амплітудзе) з уваходным сігналам. Буферны, або папярэдні ўзмацняльнік таксама з’яўляецца неінвертуючым ўзмацняльнікам пераважна з ўзмацненнем адзін.

Гэта класіфікацыя можа прымяняцца да аднаго каскаду ўзмацняльніка або да ўсёй узмацняльнай сістэмы.

Перадаткавая функцыя

Узмацняльнікі могуць быць класіфікаваны па іх перадаткавай функцыі або выхадных характарыстыках. Такія функцыянальныя апісанні звычайна ўжываюцца да поўных узмацняльных сістэм або падсістэм і рэдка да асобных каскадаў.

• Серваўзмацняльнік змяшчае інтэграваны ланцуг зваротнай сувязі для актыўнага кіравання выхадам на нейкім жаданым узроўні. Серваўзмацняльнік пастаяннага току паказвае на выкарыстанне на частотах да ўзроўню пастаяннага току, дзе не адбываецца хуткіх ваганняў гукавога ці радыёчастотнага сігналу. Серваўзмацняльнікі часта выкарыстоўваюцца ў механічных прывадах або такіх прыладах, як рухавікі пастаяннага току, якія павінны падтрымліваць пастаянную хуткасць або крутоўны момант. Серваўзмацняльнік пераменнага току грае тую ж ролю для рухавікоў пераменнага току.
• Лінейны ўзмацняльнік рэагуе на розныя частотныя складнікі незалежна і не дадае гарманічных скажэнняў і скажэнняў інтэрмадуляцыі. Ні адзін узмацняльнік не можа забяспечыць дасканалую лінейнасць (нават самы лінейны ўзмацняльнік мае некаторыя нелінейнасці, паколькі ўзмацняльныя прылады — транзістары або электронныя лямпы - працуюць па нелінейных законах магутнасці, такіх як квадратычныя законы, і для памяншэння гэтых эфектаў ужываюць спецыяльныя схемы).
• Нелінейны ўзмацняльнік стварае значныя скажэнні і, такім чынам, змяняе суадносіны гармонік; бываюць сітуацыі, калі гэта карысна. Схемы ўзмацняльнікаў, наўмысна маючыя нелінейную функцыю перадачы, ўключаюць:
  • Крэмніевы выпрамнік або транзістар, уключаны як перамыкач, можа служыць для поўнага ўключэння або выключэння нагрузкі, напрыклад, лямпы, ў залежнасці ад уваходнага сігналу ў дачыненні да усталяванага парогу.
  • Нелінейны ўзмацняльнік у аналагавым камп’ютэры альбо сапраўдны (сярэднеквадратычны) пераўтваральнік магутнасці мае спецыяльную функцыю перадачы, напрыклад, лагарыфмічную або квадратную.
  • РЧ- узмацняльнік-абмежавальнік можа быць абраны за сваю эфектыўнасць і здольнасць змяншаць шум. Пасля такога ўзмацняльніка звычайна змяшчаюць вагальны контур або фільтр каб паменшыць непажаданыя гармонікі (скажэнні) у перадатчыках, альбо выбраць патрэбную гармоніку, усталяваўшы рэзанансную частату наладжанай схемы на больш высокую, чым асноўную частату ў схемах памнажальніка частоты.
  • Схемы аўтаматычнага рэгулявання ўзмацнення кантралююць узмацненне асераднёнай па часу амплітудай, каб амплітуда на выхадзе мала змянялася пры прыёме слабых ці моцных станцый. Мяркуецца, што нелінейнасці ўладкаваныя так, што форма ВЧ-сігналу амаль не змяняецца ад зыходнага сігналу, але павольна мадулюецца пастаянным напружаннем, каб сярэдняя амплітуда на выхадзе была на заданым узроўні.
  • Дэтэктар амплітуды з узмацненнем працуе на ўчастку нелінейнай адсечкі анода. Прэцызійныя выпрамнікі, і дэтэктары з бясконцым імпедансам, а таксама схемы пікавага дэтэктара абапіраюцца на змену ва ўзмацненні ў адпаведнасці з імгненнай амплітудай для атрымання пастаяннага току з пераменнага ўваходу.
  • Схемы кампаратара, аперацыйнага ўзмацняльніка і дэтэктара.
• Шырокапалосы ўзмацняльнік мае адны і той жа каэфіцыент узмацнення ў шырокім дыяпазоне частот і часта выкарыстоўваецца для ўзмацнення сігналаў у сістэмах сувязі. Вузкапалосы ўзмацняльнік узмацняе пэўны вузкі дыяпазон частот, за выключэннем іншых частот.
• Радыёчастотны ўзмацняльнік узмацняе сігналы ў дыяпазоне радыёчастот электрамагнітнага спектру і часта выкарыстоўваецца для павышэння адчувальнасці прыёмніка або выхадной магутнасці перадатчыка.^[33]
• Гукаўзмацняльнік узмацняе гукавыя частоты. Гэтая катэгорыя падзяляецца на ўзмацненне малога сігналу і ўзмацняльнікі магутнасці, якія аптымізаваны для кіравання дынамікамі, часам з некалькімі ўзмацняльнікамі, згрупаванымі ў асобныя паралельна падлучаныя каналы для задавальнення розных патрабаванняў прайгравання аўдыё. У гукавых ўзмацняльніках часта выкарыстоўваюцца тэрміны:
  • Папярэдні ўзмацняльнік, які можа ўключаць ўзмацняльнік прайгравання з карэктарам АЧХ, альбо папярэдні ўзмацняльнік да стужачнай галоўкі з фільтрамі тэлевізійнага эквалайзера. Можа таксама змяшчаць фільтры або схемы кіравання тонам.
  • Узмацняльнік магутнасці звычайна з выхадам на гучнагаварыцель, або да навушнікаў.
  • Стэрэа- ўзмацняльнікі маюць два выхадныя каналы (левы і правы). Стэрэа азначае «трохмерны» гук. Вядомы таксама ўзмацняльнік з чатырма каналамі для квадрафанічнага стэрэа. Сістэмы 5.1 і 7.1 адносяцца да сістэм хатняга кінатэатра з 5 ці 7 звычайнымі прасторавымі каналамі, а таксама каналам сабвуфера.
• Буферныя ўзмацняльнікі, якія могуць уключаць эмітэрныя паўтаральнікі, забяспечваюць уваход з высокім імпедансам для прылады (магчыма, іншага ўзмацняльніка ці, магчыма, энерганасычанай нагрузкі, напрыклад, агнёў), якая ў адваротным выпадку будзе выводзіць занадта шмат току з крыніцы. Лінейныя драйверы — гэта тып буфера, які сілкуе доўгія або схільныя перашкодам межзлучальныя кабелі, магчыма з дыферэнцыяльнымі выхадамі праз вітыя пары кабеляў.

Метад міжкаскадавай сувязі

Узмацняльнікі часам класіфікуюцца па спосабе сувязі сігналу на ўваходзе, выхадзе альбо паміж каскадамі. Да іх можна аднесці розныя тыпы:

Рэзістыўна-ёмістны (RC) ўзмацняльнік з выкарыстаннем сеткі рэзістараў і кандэнсатараў

Па сваёй канструкцыі гэтыя ўзмацняльнікі не могуць узмацняць сігналы пастаяннага току, паколькі кандэнсатары блакуюць кампанент пастаяннага току ўваходнага сігналу. Узмацняльнікі, звязаныя з RC, вельмі часта выкарыстоўваліся ў схемах з вакуумнымі лямпамі або дыскрэтнымі транзістарамі. Для інтэгральнай схемы дадаць некалькі транзістараў на мікрасхеме значна танней і менш па аб’ёму, чым кандэнсатар, таму пасіўныя элементы замяняюць актыўнымі.

LC- ўзмацняльнік з выкарыстаннем сеткі індуктыўнасцяў і кандэнсатараў

Гэты ўзмацняльнік часцей за ўсё выкарыстоўваецца ў селектыўных радыёчастотных схемах.

Трансфарматарны ўзмацняльнік, выкарыстоўваючы трансфарматар для дапасавання імпедансу або для развязкі ланцугоў

Даволі часта LC- і трансфарматарныя ўзмацняльнікі нельга адрозніць, бо трансфарматар — гэта від індуктару.

Узмацняльнік пастаяннага току не выкарыстоўваючы супраціўленне і зрушэнні

Гэты клас узмацняльнікаў быў вельмі рэдкім у часы электроннай лямпы, калі напружанне анода (на выхадзе) было больш за некалькі сотняў вольт, а напружанне сеткі (уваход) — мінус некалькі вольт. Такім чынам, яны выкарыстоўваліся толькі ў тым выпадку, калі ўзмацненне вызначалася да пастаяннага току (напрыклад, у асцылографе). У сучаснай электроніцы распрацоўшчыкі па магчымасці выкарыстоўваць узмацняльнікі з непасрэднай сувяззю. У тэхналогіях на палявых транзістарах і КМАП прамая сувязь з’яўляецца дамінуючай, паколькі затворы МДП тэарэтычна не прапускаюць праз сябе ток. Такім чынам, кампанент пастаяннага току ўваходных сігналаў аўтаматычна фільтруецца.

Дыяпазон частот

У залежнасці ад дыяпазону частот і іншых патрабаванняў ўзмацняльнікі распрацоўваюць ў адпаведнасці з рознымі прынцыпамі.

Дыяпазоны частот да пастаяннага току выкарыстоўваюцца толькі тады, калі гэта ўласцівасць неабходна. Узмацняльнікі для сігналаў пастаяннага току ўразлівыя да нязначных змен ва ўласцівасцях кампанентаў з часам. Спецыяльныя метады, такія як ўзмацняльнік пастаяннага току з мадуляцыяй і дэмадуляцыі сігналу і стабілізацыяй нуля, выкарыстоўваюцца для прадухілення непажаданага дрэйфу ва ўласцівасцях ўзмацняльніка пастаяннага току. Кандэнсатары, якія блакуюць пастаянны ток, могуць быць дададзены для выдалення пастаянных і падгукавых частот з узмацняльнікаў гуку.

Да дыяпазону МГц дастаткова ўлічваць толькі «дыскрэтныя» ўласцівасці; напрыклад, супраціўленне ўваходнага тэрміналу.

Як толькі даўжыня злучэнняў ў ланцугу становіцца больш, чым 1 % даўжыні хвалі самай высокай зададзенай частаты, канструктыўныя ўласцівасці кардынальна мяняюцца. Так, пры 100 Мгц даўжыня хвалі 3 м, таму крытычная даўжыня злучэння складае прыблізна 3 см. Напрыклад, кантактная пляцоўка друкаванай платы з зададзенай даўжынёй і шырынёй можа быць выкарыстана ў якасці селектыўнага кампанента альбо дынамічнага супраціўлення. Звыш некалькіх соцень МГц становіцца цяжка працаваць з дыскрэтнымі элементамі, асабліва з індуктыўнасцю. Замест іх выкарыстоўваюцца кантактныя пляцоўкі друкаванай платы дакладна вызначаных формаў па методыцы паласковых лініяў).

Дыяпазон частот, які апрацоўваецца ўзмацняльнікам, можа быць зададзены шырынёй паласы прапускання (звычайна мяркуючы водгук на 3 дБ ніжэй, калі частата дасягае зададзенай мяжы), альбо шляхам задання частотнай характарыстыкі, якая знаходзіцца ў межах пэўнай колькасці дэцыбел паміж ніжняй і верхняй частатой (напрыклад, "20 Гц да 20 кГц плюс-мінус 1 дБ ").

Схемы ўзмацняльнікаў магутнасці

Схемы ўзмацняльніка магутнасці (выхадныя каскады) класіфікуюцца як A, B, AB і C для аналагавых канструкцый, а таксама D і E для імпульсных канструкцый. Класы ўзмацняльнікаў магутнасці заснаваны на прапорцыі ўваходнага цыклу (кута адмыкання), падчас якога ўзмацняльная прылада прапускае ток.^[34] Панятак кута адмыкання паходзіць з узмацнення сінусаіднага сігналу. Калі прылада заўсёды ўключана, кут адмыкання роўны 360 °. Калі яна уключаецца толькі на палову кожнага цыкла, кут роўны 180 °. Кут адмыкання цесна звязаны з эфектыўнасцю ўзмацняльніка.

Прыклад схемы ўзмацняльніка

Прыклад схемы ўзмацняльніка

Вышэй паказана схема ўзмацняльніка гуку сярэдняй магутнасці. Яна пабудавана па тыповай (хаця і значна спрошчанай) канструкцыі, якая сустракаецца ў сучасных узмацняльніках, з выхадным каскадам класа AB і выкарыстоўвае адмоўную зваротную сувязь. Паказаны біпалярныя транзістары, але гэтая канструкцыя таксама можа быць рэалізавана з дапамогай транзістараў ці радыёлямп.

Уваходны сігнал трапляе праз кандэнсатар C1 на базу транзістара Q1. Кандэнсатар прапускае сігнал пераменнага току, але блакуе напружанне зрушэння пастаяннага току, усталяванае рэзістарамі R1 і R2, так што на папярэднюю схему гэта не ўплывае. Q1 і Q2 утвараюць дыферэнцыяльны ўзмацняльнік (узмацняльнік, які памнажае розніцу паміж двума ўваходамі на нейкую канстанту) па сіметрычнай схеме. Гэтая схема дазваляе зручнага падлучыць адмоўную зваротную сувязь з выхаду на Q2 праз R7 і R8.

Адмоўная зваротная сувязь у дыферэнцыяльным узмацняльніку дазваляе ўзмацняльніку параўноўваць уваход з наяўным выхадам. Узмоцнены сігнал з Q1 непасрэдна паступае на другі каскад Q3, які ўключаны па схеме з агульным эмітэрам. Ён далей ўзмацняе сігнал і зрушвае выходны каскад Q4 і Q5 па пастаянным току. R6 забяспечвае нагрузку на Q3 (ва ўдасканаленай канструкцыі тут змесціцца актыўная нагрузка, напрыклад, спажывец пастаяннага току). Узмацняльнік працуе па класе А. Выхадная пара працуе па схеме AB двухтактнага каскаду, які таксама называюць кампліментарнай параю. Q4 і Q5 забяспечваюць большую частку ўзмацнення току (пры гэтым спажываюць малы ток спакою) і непасрэдна рухаюць нагрузку, падлучаную праз кандэнсатар С2, які блакуе пастаянны ток. Дыёды D1 і D2 забяспечваюць невялікае і стабільнае пастаяннае напружанне для выхадной пары, зрушаючы кропку спакою каб зменьшыць перакрыжаванае скажэнне. Такім чынам, дыёды пераводзяць выхадны каскад у рэжым АВ, і ток ад падзення напругі зрушэння паміж базай і эмітэрам выходных транзістараў пераўтвараецца ў рассеянае цяпло.

Гэтая простая і добрая базавая канструкцыя для практычнага дызайну, таму што яна аўтаматычна стабілізуе сваю працоўную кропку. Зваротная сувязь тут дзейнічае у дыяпазоне ад пастаяннага току да аўдыё частот і далей. У рэальнай канструкцыі дадатковыя элементы ланцуга уводзяцца, каб спласціць АЧХ шырэй за межамі неабходнага дыяпазону, і прадухіліць узнікненне паразітных ваганняў. Паказаныя тут дыёды стабілізацыі зрушэння павінны быць дапасаваны па электрычных і тэрмічных характарыстыках з выходнымі транзістарамі. Калі выходныя транзістары зашмат адчыняюцца, яны могуць лёгка перагрэцца і згарэць, бо поўны ток ад крыніцы харчавання ў такім каскадзе не абмежаваны.

Звычайна праблемы стабілізацыі выхадных прылад вырашаюць уключэннем рэзістараў у ланцуг эмітэра, прыблізна каля аднаго Ома. Велічыні рэзістараў і кандэнсатараў ланцуга разлічваюцца на аснове характарыстык транзістараў і патрабаванняў да выкарыстання ўзмацняльніка.

Нататкі аб рэалізацыі

Любы рэальны ўзмацняльнік — гэта недасканалая рэалізацыя ідэальнага ўзмацняльніка. Важным абмежаваннем рэальнага ўзмацняльніка з’яўляецца тое, што выходная моц абмежавана магутнасцю крыніцы сілкавання. Узмацняльнік насычае і адсякае выхад, калі ўваходны сігнал становіцца занадта вялікім для прайгравання ўзмацняльніка альбо перавышае працоўныя межы для прылады. Блок сілкавання можа ўплываць на выхад, таму яго трэба ўлічваць пры распрацоўцы.

Схема ўзмацняльніка гэта «адкрыты ланцуг». Гэта апісваецца рознымі параметрамі (узмацненне, хуткасць нарастання, выхадны імпеданс, скажэнне, шырыня паласы прапускная, каэфіцыент сігналу да шуму і г.д.). Сучасныя ўзмацняльнікі выкарыстоўваюць метады адмоўнай зваротнай сувязі, каб утрымаць узмацненне на патрэбным значэнні і паменшыць скажэнне. Адмоўная зваротная сувязь мае задуманы эфект паніжэння выходнага супраціву і, такім чынам, павелічэння электрычнага згашэння інэрцыйнага руху дынаміка на рэзананснай частаце дынаміка і побач з ёй.

Пры ацэнцы намінальнай магутнасці ўзмацняльніка трэба ўлічваць прыкладзеную нагрузку, тып сігналу (напрыклад, гаворка ці музыка), неабходную працягласць выхадной магутнасці (г.зн. кароткачасовую або бесперапынную) і неабходны дынамічны дыяпазон (напрыклад, запісаны альбо жывы аўдыясігнал). У магутных гукавых прзначэннях, якія патрабуюць доўгіх кабеляў да нагрузкі (напрыклад, у кінатэатрах і гандлёвых цэнтрах), больш эфектыўным з’яўляецца далучэнне павышаючага трансфарматара на выхадзе лінейнага напружання са ўзмацняльніку, і паніжаючага трансфарматара да нагрузкі, так званая дыферэнцыяльная сігналізацыя. Гэта дазваляе пазбегнуць працяглых прабегаў цяжкіх акустычных кабеляў.

Каб прадухіліць нестабільнасць або перагрэў, трэба дбайна разлічыць належную нагрузку цвёрдацельных узмацняльнікаў. Тыпова, узмацняльнік мае намінальнае мінімальнае супраціўленне нагрузкі.

Усе ўзмацняльнікі ствараюць цяпло праз электрычныя страты. Узмацняльнік павінен адводзіць гэта цяпло праз канвекцыю альбо прымусовае астуджэнне. Награванне можа пашкодзіць альбо паменшыць тэрмін службы электронных кампанентаў. Дызайнеры і ўсталёўшчыкі таксама павінны ўлічваць уздзеянне награвання на суседняе абсталяванне.

Розныя тыпы блокаў сілкавання прыводзяць да мноства розных метадаў зрушэння. Пры зрушэнні актыўныя прылады наладжваюцца на рэжым ў пэўнай вобласці. З дапамогай зрушэння кампанент пастаяннага току выходнага сігналу ўсталёўваецца на сярэдзіну паміж максімальнымі напружаннямі, даступнымі ад крыніцы сілкавання. Нярэдка узмацняльнік выкарыстоўвае некалькі паўправаднікоў у кожным каскадзе; яны звычайна супадаюць у спецыфікацыях, за выключэннем палярнасці. Транзістары супрацьлеглай палярнасці, якія супадаюць па характарыстыках, называюцца кампліментарнымі (ўзаема-дадаючымі) парамі. Узмацняльнікі класа А звычайна выкарыстоўваюць адну прыладу на каскад. Канструкцыя сіметрычнага ўзмацняльніка схемы А сілкуецца ад блоку са станоўчым і адмоўным напружаннем. Узмацняльнікі схемы C сілкуюцца з крынцы адной палярнасці.

Узмацняльнікі часта маюць некалькі каскадаў для павелічэння ўзмацнення. Кожны каскад гэтых канструкцый можа будавацца па рознай схеме ў адпаведнасці з патрэбамі. Напрыклад, першы каскад можа быць каскадам па схеме A, які падштурхоўвае наступны каскад па схеме AB, што ў сваю чаргу кіруе выхадным каскадам па схеме G. Такі метад пабудовы выкарыстоўвае перавагі кожнай схемы, змяншаючы іх слабыя бакі.

Заўвагі

1. Crecraft, David; Gorham, David (2003). Electronics, 2nd Ed. CRC Press. p. 168. ISBN 978-0748770366.
2. Agarwal, Anant; Lang, Jeffrey (2005). Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits. Morgan Kaufmann. p. 331. ISBN 978-0080506814.
3. Glisson, Tildon H. (2011). Introduction to Circuit Analysis and Design. Springer Science and Business Media. ISBN 978-9048194438.
4. Patronis, Gene (1987). "Amplifiers". In Glen Ballou (рэд.). Handbook for Sound Engineers: The New Audio Cyclopedia. Howard W. Sams & Co. p. 493. ISBN 978-0-672-21983-2.
5. De Forest, Lee (January 1906). "The Audion; A New Receiver for Wireless Telegraphy". Праверана January 7, 2013. The link is to a reprint of the paper in the Scientific American Supplement, No. 1665, November 30, 1907, p.348-350, copied on Thomas H. White’s United States Early Radio History website
6. Nebeker, Frederik (2009). Dawn of the Electronic Age: Electrical Technologies in the Shaping of the Modern World, 1914 to 1945. John Wiley and Sons.
7. Gherardi B., Jewett F.B., Telephone Repeaters, Transactions of the AIEE 38(11), 1 Oct 1919, p.1298
8. Sungook, Hong (2001). Wireless: From Marconi's Black-Box to the Audion. MIT Press. p. 165. ISBN 978-0262082983.
9. Godfrey, Donald G. Audion. Greenwood Publishing Group. Праверана January 7, 2013.
10. Amos, S. W. Triode. Newnes. Праверана January 7, 2013.
11. McNicol, Donald (1946). Radio's Conquest of Space. Murray Hill Books.
12. McNicol, Donald (November 1, 1917). "The Audion Tribe". Праверана May 12, 2017.
13. Encyclopedia Americana, Vol. 26. The Encyclopedia Americana Co. 1920.
14. Hong 2001, Wireless: From Marconi’s Black-Box to the Audion, p. 177
15. Harper, Douglas. Amplify (нявызн.). Online Etymology Dictionary. Etymonline.com (22 кастрычніка 2001).
16. Bode, H. W. (July 1940). "Relations Between Attenuation and Phase in Feedback Amplifier Design": 421–454.
17. AT&T, Bell System Practices Section C65.114, Telephone Sets for Subscribers with Impaired Hearing — 334 Type
18. https://www.computerhistory.org/siliconengine/timeline/
19. Гэтая табліца ўзята з «Zwicky box». Глядзі Fritz Zwicky.
20. Аналіз складаных узмацняльнікаў у рэжыме малога сігналу (нявызн.)(недаступная спасылка). www.eeherald.com. Архівавана з першакрыніцы 9 кастрычніка 2016. Праверана 25 студзеня 2021.
21. John Everett. Vsats: Very Small Aperture Terminals. IET. ISBN 978-0-86341-200-4.
22. Robert Boylestad and Louis Nashelsky (1996). Electronic Devices and Circuit Theory, 7th Edition. Prentice Hall College Division. ISBN 978-0-13-375734-7.
23. Robert S. Symons. "Tubes: Still vital after all these years": 52–63.
24. Magnetic Amplifier Control for Simple, Low-Cost, Secondary Regulation (нявызн.). Texas Instruments (22 кастрычніка 2001).
25. Агляд прылад з адмоўным супраціўленнем (нявызн.). users.tpg.com.au. Праверана 20 чэрвеня 2016.
26. Munsterman, G.T. (June 1965). "Мікрахвалевыя ўзмацняльнікі на базе тунэльных дыёдаў" (PDF). APL Technical Digest. 4: 2–10. Архівавана з арыгінала (PDF) 9 кастрычніка 2016. Праверана 25 студзеня 2021. Архіўная копія (нявызн.)(недаступная спасылка). Архівавана з першакрыніцы 9 кастрычніка 2016. Праверана 25 студзеня 2021.Архіўная копія (нявызн.)(недаступная спасылка). Архівавана з першакрыніцы 9 кастрычніка 2016. Праверана 25 студзеня 2021.
27. Qian (2016). "Sensitivity Enhancement of an Inductively Coupled Local Detector Using a HEMT-based Current Amplifier".
28. What is a video amplifier, video booster amplifiers - Future Electronics (нявызн.). www.futureelectronics.com.
29. Узмацняльнікі на лямпах з бягучай хваляй (нявызн.). www.r-type.org. Праверана 20 чэрвеня 2016.
30. Peatman, W.C.B. (2009). "Introduction to the Special Section on the IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS 2008)".
31. Lie, D.Y.C. (2017). "Highly efficient 5G linear power amplifiers (PA) design challenges".
32. Administrator. Microwaves101 | Active Directivity of Amplifiers (нявызн.). www.microwaves101.com.
33. Roy, Apratim; Rashid, S. M. S. (5 June 2012). "A power efficient bandwidth regulation technique for a low-noise high-gain RF wideband amplifier": 383–391.
34. Understanding Amplifier Operating "Classes" (нявызн.).

Спасылкі

• Кіраўніцтва AES па класах узмацняльнікаў
• Amplifier Anatomy - Part 1 (нявызн.)(недаступная спасылка). Архівавана з першакрыніцы 10 чэрвеня 2004. Праверана 24 мая 2022. Змяшчае тлумачэнне розных класаў узмацняльнікаў
• Reinventing the power amplifier (нявызн.).