Некоторые функциональные виды усилителей

Предварительный усилитель (предусилитель) — усилитель, предназначенный для усиления сигнала до величины, необходимой для нормальной работы оконечного усилителя

Оконечный усилитель (усилитель мощности) — усилитель, обеспечивающий при определённой внешней нагрузке усиление мощности электромагнитных колебаний до заданного значения

Резонансный усилитель — усилитель сигналов с узким спектром частот, лежащих в полосе пропускания резонансной цепи, являющейся его нагрузкой

Видеоусилитель — импульсный усилитель, предназначенный для усиления видеоимпульсов сложной формы, широкого спектрального состава. Применяется преимущественно в видео- и телевизионной технике и в радиолокации

Усилитель магнитной записи — усилитель, нагруженный на записывающую магнитную головку

Микрофонный усилитель — усилитель электрических сигналов звуковых частот, поступающих с микрофона, до значения, при котором их можно обрабатывать и регулировать

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) — усилитель сигналов промежуточной частоты, поступающих с преобразователя частоты

Усилитель-корректор (корректирующий усилитель) — электронное устройство для изменения параметров видео- или аудиосигнала. Усилитель-корректор видеосигнала, например, даёт возможность регулировки насыщенности цвета, цветового тона, яркости, контрастности и разрешения, усилитель-корректор аудиосигнала предназначен для усиления и коррекции сигналов от звукоснимателя проигрывателя граммофонных пластинок, бывают и другие виды усилителей-корректоров.

 

[править]

Усилители в качестве самостоятельных устройств

Усилители звуковой частоты для систем проводного вещания

Усилители звуковой частоты для озвучивания открытых и закрытых пространств

Усилители звуковой частоты бытовые. В этой группе устройств наибольший интерес представляют усилители высокой верности воспроизведения Нi-Fi и наивысшей верности high end. Различаются усилители предварительные, оконечные (усилители мощности) и полные, сочетающие в себе свойства предварительных и оконечных

Измерительные усилители — предназначены для усиления сигналов в измерительных целях. Основная статья — Измерительный усилитель (средство измерений)

Антенные усилители — предназначены для измерений слабых сигналов с антенны перед подачей их на вход радиоприёмника, бывают двунаправленные усилители (для приёмопередающих устройств), они усиливают также сигнал, поступающий с оконечного каскада передатчика на антенну. Антенный усилитель устанавливается обычно непосредственно на антенне или поблизости от неё

 

Ламповый УНЧ

 

 

[править]

Основные нормируемые характеристики

Диапазон частот

Коэффициент усиления

Неравномерность АЧХ

Чувствительность

Уровень шума

Коэффициент нелинейных искажений

Входное сопротивление

Выходное сопротивление

Максимальное выходное напряжение (мощность)

 

9 .Схема усилителя низких частот на ламповом триоде

Параметры и характеристики усилителей

8-вопрос.

Электро вакуумный тетрод

Тетро́д — электронная лампа, имеющая 4 электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), 2 сетки (управляющую и экранирующую) и анод. Изобретён Вальтером Шоттки в 1919. Приёмо-усилительные тетроды применялись в радиоприёмных трактах до массового распространения пентодов. Генераторные и модуляторные тетроды применяются по сей день в силовых каскадах радиопередатчиков. Лучевые тетроды нашли применение в выходных каскадах УНЧ и до сих пор широко используются в гитарных усилителях (реже — в высококачественных УНЧ). Особый класс приборов — электрометрические тетроды также имеют две сетки, но принципиально отличаются от обычных тетродов и конструктивно, и в практическом применении.Содержание [показать]

 

 

[править]

История

 

Недостатки триода — большая проходная ёмкость анод-сетка (единицы пикофарад), препятствующая устойчивому усилению на коротких волнах, а также низкий коэффициент усиления (до нескольких десятков). Первоначально, конструкторы планировали поместить между сеткой и анодом заземлённый экран. В этом случае ёмкость между анодом и сеткой как бы разбивалась на две отдельные, последовательно соединённые ёмкости: анод-экран и экран-сетка. Общая ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов всегда меньше наименьшей из них.

 

Конструкция экрана должна была быть такой, чтобы он не препятствовал свободному пролёту электронов от катода к аноду. Таким образом, между управляющей сеткой и анодом появилась вторая — экранирующая. При соединении её с катодом низкий отрицательный потенциал тормозит электронный поток, снижая и без того небольшой коэффициент усиления лампы. А при подаче на экранирующую сетку положительного напряжения электронный поток не только не тормозился, но и получал дополнительный разгон, увеличивая анодный ток. Заземление экранирующей сетки по переменному току устраняло частотные ограничения, связанные с проходной ёмкостью.

 

Один из самых первых тетродов отечественного производства СБ-154 (или 2Э1 по новой классификации) имел фантастические по тем временам параметры. Проходная ёмкость уменьшилась с 5 до 0,005(!) пФ, внутреннее сопротивление возросло с 30 кОм до 1,3 мОм, а коэффициент усиления превысил 1000. Экранированная лампа сразу же и бесповоротно вытеснила триоды из радиочастотного тракта и сделала возможным массовое производство радиоприёмников прямого усиления на диапазоны длинных и средних волн (ЭКЛ, ЭЧС-2, ЭЧС-3, СИ-235), ставшие относительно массовыми в СССР середины 1930-х годов. Буква «Э» в названиях этих приёмников означала именно «экранированный», а полностью название расшифровывалось так: экранированный, четырёхламповый, сетевой.

 

Своё название «экранированная лампа» новые тетроды оправдывали еще и тем, что для уменьшения влияния внешних полей на внутреннюю часть баллона напылялась плёнка металла или покрывалась тонкой металлической сеткой, соединённой внутри баллона с катодом. Эта традиция сохранилась и в дальнейшем, и самые современные отечественные тетроды (6Э5П, 6Э6П, 6Э15П) имеют, помимо экранной сетки, внутренний статический экран, соединённый внутри лампы с катодом либо имеющий отдельный самостоятельный вывод (6Э6П).

 

[править]

Динатронный эффект

 

Распределение электрического потенциала на участке катод-анод

 

[править]

Лучевой тетрод

Устройство лучевого тетрода

 

Другим новшеством стал так называемый лучевой принцип формирования потока электронов: управляющая и экранная сетки тетрода выполнялись идентичными, то есть из одинаковой проволоки, с одинаковым шагом и числом витков, различаясь только диаметрами эллипса. При этом сетки устанавливались на крепящих траверсах таким образом, что витки экранной сетки располагались точно против витков управляющей сетки и как бы «прятались» за её витками. В результате электроны по пути к аноду «огибали» витки экранной сетки, не оседая на ней и не создавая постоянного экранного тока. Одновременно «сжатые» в узкие лучи электроны увеличивали плотность электронного потока настолько, что в промежутке между экранной сеткой и анодом образовывалась, виртуальная область, имеющая потенциал ниже анодного и препятствующая возникновению встречного («динатронного») потока электронов.

 

В местах крепления сеток траверсы как бы преграждают путь электронному потоку, искажая тем самым общий «лучевой» характер анодного тока. Чтобы исключить это влияние на общую анодную характеристику, в местах установки траверс между ними и анодом устанавливают специальные сплошные металлические пластины, отгораживающие траверсы от анода, а сам анод в этих местах выполняют с П-образным изгибом, чтобы увеличить расстояние между ним и траверсами экранной сетки. Такая своеобразная форма анода является верным признаком лучевых ламп. Эти дополнительные экранирующие пластины всегда соединяются внутри лампы с катодом, имеющим нулевой потенциал, что дополнительно способствует созданию виртуальной области между анодом и экранной сеткой.

 

Лучевые тетроды создавались специально для каскадов усиления мощности и использовались в оконечных каскадах УНЧ, телевизионных развёртках и передатчиках. В современной промышленной и любительской практике наиболее распространены выходные лучевые тетроды, разработанные специально для УНЧ — 6П6С (аналог 6V6) и 6П3С (аналог 6L6). 6П27С, советский функциональный аналог знаменитого пентода EL34, является лучевым тетродом. Особые типы лучевых тетродов (6П7С, 6П13С)были оптимизированы для мощных каскадов строчной развёртки и также могут работать в выходных каскадах УНЧ. Отдельные маломощные лучевые тетроды были предназначены для усиления высоких частот и могут эффективно работать в триодном включении (6Ж5П).

 

[править]

Электрометрический тетрод

 

Особый тип четырёхэлектродной лампы, в котором четвёртый электрод — катодная, или защитная, сетка — предназначен для увеличения крутизны анодной характеристики при предельно низких анодных напряжениях.

 

Электрометрические лампы предназначены для регистрации и усиления крайне малых (10-15..10-10 А) токов, например, выходных токов масс-спектрометров, звёздных фотометров и т. п. сверхчувствительной измерительной аппаратуры. Наилучшие гальванометры регистрируют токи от 10-12 А. Обычные лампы также бесполезны в диапазоне столь малых токов, так как собственный сеточный ток приёмно-усилительных ламп в наилучших условиях составляет порядка 10-9 А. Для снижения сеточных токов был разработан целый ряд технологических приёмов:

сопротивление утечки снижается путём вывода сетки через купол лампы

для подавления сеточной эмиссии катод работает при пониженной температуре (как правило, катоды активируются торием, так как оксидным катодам свойствен выброс ионов, порождающий дополнительный сеточный ток)

анодное напряжение понижается до 5…7 В, при этом втекающие и вытекающие составляющие сеточных токов примерно равны и взаимно компенсируют друг друга

 

При таких низких анодных напряжениях, тем более при пониженной температуре катода, крутизна лампы оказывается недопустимо низкой. Чтобы повысить крутизну, между управляющей сеткой и катодом вводится дополнительная катодная сетка, на которую подаётся положительный потенциал в несколько вольт. В результате облако электронов вокруг катода расширяется, увеличивается эффективный диаметр излучающей поверхности, а с ним и крутизна. В электрометрических тетродах она составляет от 20 до 300 микроампер на вольт. При этом рабочий анодный ток лампы — от десятков до сотен микроампер. В принципиальных схемах, электрометрический тетрод изображается так же, как и обычный тетрод, но управляющей является вторая (считая от катода) сетка.

 

12.схема усилителя низкой частоты на ламповом тетроде

 

Светоизлучающие диоды

Светододом называется полупроводниковый прибор с одним электронно дырочным переходом,в котором при прямом включении происходит преобразование Эл. Энергии в оптическую.

Существую два типа:

-плоские

-сферические

Плоские светодиоды конструктивно довольно просты,имеют большую рабочую поверхность однако эффективность их на порядок ниже полусферических,оьясняется это тем что в плоских светодиодах большая часть видимых световых лучей исходит из зоны нпн перехода и попадает на излучающую поверхность под прямым углом,полу-сферические светодиоды в этом отношении имеют преемущество,форма их поверхности позволяет вывести на порядок больше световых лучей.

Фотодиоды

Фотодио́д — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

 

Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд (ЭДС)) называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой изолятора i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.

 

Описание

 

Принцип работы

 

 

 

Структурная схема фотодиода. 1 — кристалл полупроводника; 2 — контакты; 3 — выводы; Ф — поток электромагнитного излучения; Е — источник постоянного тока; Rн — нагрузка.

 

При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей - дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и емкостью p-n-перехода Cp-n

 

Фотодиод может работать в двух режимах:

фотогальванический - без внешнего напряжения

фотодиодный - с внешним обратным напряжением

 

Особенности:

простота технологии изготовления и структур

сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия

малое сопротивление базы

малая инерционность

 

[править]

Параметры и характеристики фотодиодов

 

Параметры:

чувствительность

отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрической характеристики, снимаемой на выходе фотоприемника, к световому потоку или потоку излучения, его вызвавшему.

; - токовая чувствительность по световому потоку

; - вольтаическая чувствительность по энергетическому потоку

шумы

помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и спектром - шум фотодиода. Он не позволяет регистрировать сколь угодно малые полезные сигналы. Шум фотодиода складывается из шумов полупроводникового материала и фотонного шума.

 

Характеристики:

• вольт-амперная характеристика (ВАХ)
• зависимость выходного напряжения от входного тока. UΦ = f(IΦ)
• спектральные характеристики
• зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещенной зоны, при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.
• световые характеристики
• зависимость фототока от освещенности, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещенности. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.
• постоянная времени
• это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63%) по отношению к установившемуся значению.
• темновое сопротивление
• сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.
• инерционность

 

[править]

Классификация

p-i-n фотодиод

В p-i-n структуре средняя i-область заключена между двумя областями противоположной проводимости. При достаточно большом напряжении оно пронизывает i-область и свободные носители, появившееся за счет фотонов при облучении, ускоряются электрическим полем p-n переходов. Это дает выигрыш в быстродействии и чувствительности. Повышение быстродействия в p-i-n фотодиоде обусловлено тем, что процесс диффузии заменяется дрейфом электрических зарядов в сильном электрическом поле. Уже при Uобр≈0.1В p-i-n фотодиод имеет преимущество в быстродействии.

Достоиства:

1) есть возможность обеспечения чувствительности в длинноволновой части спектра за счет изменения ширины i-области.

2) высокая чувствительность и быстродействие

3) малое рабочее напряжение Uраб

Недостатки:

сложность почучения высокой чистоты i-области

Фотодиод Шоттки (фотодиод с барьером Шоттки)

Структура металл-полупроводник. При образовании структуры часть электронов перейдет из металла в полупроводник p-типа.

Лавинный фотодиод

В структуре используется лавинный пробой. Он возникает тогда, когда энергия фотоносителей превышает энергию образования электронно-дырочных пар. Очень чувствительны. Для оценки существует коффициент лавинного умножения:

 

 

Для реализации лавинного умножения необходимо выполнить два условия:

1) Электрическое поле области пространственного заряда должно быть достаточно большим, чтобы на длине свободного пробега электрон набрал энергию, большую, чем ширина запрещенной зоны:

 

2) Ширина области пространственного заряда должна быть существенно больше, чем длина свободного пробега:

W > > λ

Значение коэффициентов внутреннего усиления составляет M=10-100 в зависимости от типа фотодиодов.

Фотодиод с гетероструктурой

Гетеропереходом называют слой, возникающий на границе двух полупроводников с разной шириной запрещенной зоны. Один слой р+ играет роль "приемного окна". Заряды генерируются в центральной области. За счет подбора полупровоников с различной шириной запрещенной зоны можно перекрыть весь диапазон длин волн. Недостаток - сложность изготовления.

 

[править]