При изучении материала данной темы руководитель должен рассказать о том, что все усилители по способу усиления электрического сигнала подразделяются на четыре основных класса. Усилительный каскад класса А — усилитель, в котором форма переменной составляющей анодного тока является достаточно точным воспроизведением формы переменного сеточного напряжения и анодный ток проходит через лампу в течение всего периода.
Усилительный каскад класса АВ — усилитель, в котором напряжение смещения и переменное напряжение на управляющей сетке таковы, что анодный ток протекает через лампу меньше, чем в течение периода, но больше, чем в течение полупериода.
Усилительный каскад класса В имеет смещение на управляющей сетке, приблизительно равное напряжению отсечки анодного тока; анодный ток протекает через лампу в течение полупериода.
Усилительный каскад класса С имеет смещение на управляющей сетке большее напряжения отсечки анодного тока; анодный ток протекает через лампу меньше, чем в течение полупериода.
Каждый из четырех классов усилителей имеет определенные особенности в способе построения логики и прйнципиальной схемы. И все же, несмотря на их существенное различие в принципе работы, все они имеют одйу общую и важную характеристику — коэффициент усиления.
Членов кружка следует познакомить и с другими характеристиками усилителей.
Номинальная выходная мощность — наибольшая мощность, при которой искажения не превышают допустимой величины. Максимальная мощность на выходе усилителя ограничена искажениями, возникающими за счет нелинейности характеристик ламп и транзисторов при больших амплитудах сигналов.
Номинальное входное напряжение — напряжение, которое нужно подвести ко входу усилителя, чтобы получить номинальную выходную мощность.
Коэффициент полезного действия усилителя позволяет оценить его экономичность. Промышленный к. п. д. равен отношению полезной мощности к мощности, потребляемой от сети.
Входное сопротивление усилителя — сопротивление переменному току, которое представляет входная цепь усилителя для источника входного напряжения. Входное сопротивление усилителя зависит от частоты напряжения, подведенного к его входу.
Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания) — область частот, в которой коэффициент усиления изменяется не больше, чем это допустимо по техническим условиям.
Динамический диапазон амплитуд — отношение амплитуд наиболее сильного и наиболее слабого сигналов.
Искажения в усилителях низкой частоты. Искажения, при которых на выходе усилителя возникают новые частоты, отсутствующие на входе, называются нелинейными.
Степень нелинейных искажений характеризуется коэффициентом нелинейных искажений, который на практике определяется как отношение корня квадратного из суммы квадратов напряжений второй и третьей гармоник к напряжению первой гармоники:
Для высококачественных усилителей коэффициент гармоник не должен превышать 1% —1,5%.
Частотные искажения обусловливаются изменением величины коэффициента усиления на разных частотах. Частотные искажения можно оценить по частотной характеристике усилителя, которой называется зависимость коэффициента усиления от частоты.
Поскольку любая практическая работа, разработка любого автоматического или телемеханического устройства всегда должны начинаться с составления блок-схемы, структурной схемы и затем электрической принципиальной схемы, руководитель должен рассказать и продемонстрировать на примерах правила составления и вычерчивания указанных схем. Для этого прежде всего необходимо, чтобы кружковцы были знакомы с ГОСТами на электроэлементы, наиболее часто применяющимися в электронных устройствах.
Рассказывая о каком-либо из типов усилителей, руководитель вычерчивает на доске структурную схему автоматического устройства, в состав которого входит усилитель, и поясняет роль усилителя в данном устройстве, его основные параметры.
Особое место в рассказе следует уделить вопросам стабильности работы усилителей, различным способам введения обратных связей, видам и классификациям обратных связей.
Обратной связью называется связь между выходными и входными цепями какой-либо усилительной системы.
Если за счет обратной связи усиление сигнала возрастает, то такая обратная связь называется положительной. Наоборот, если усиление сигнала понижается, то такая обратная связь называется отрицательной.
По способу введения обратные связи различаются на обратную связь по напряжению, по току и смешанную. Наилучшие результаты получаются при обратной связи по напряжению:
- Уменьшаются создаваемые усилителем нелинейные искажения.
- Уменьшается фон, шум.
- Уменьшаются частотные искажения.
- Повышается стабильность величины коэффициента усиления и выходного напряжения при изменениях величины нагрузки.
- Уменьшается выходное сопротивление усилителя.
Нужно иметь в виду, что отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления усилителя.
Следует показать способы осуществления отрицательной обратной связи на схемах.
При упоминании о расчете усилителя рекомендуется сказать только о порядке его расчета по постоянному току и о выборе рабочей точки усилительного элемента. Поскольку расчет уСилителя по переменному току достаточно сложен и, для того чтобы его освоить, необходимо сравнительно много времени, руководитель должен лишь сказать о понятиях динамической характеристики усилителя. Он должен также обратить внимание кружковцев на преимущества и недостатки различных классов усилителей.
Касаясь практического применения усилителей в устройствах автоматики, преподаватель сообщает, что часто регистрируются изменения таких величин, как мощность, угол сдвига фаз, температура, световой поток, давление и др. Эти электрические и неэлектрические величины преобразуются в медленно изменяющиеся токи или напряжения, частота которых составляет всего лишь единицы или даже доли герца. Для усиления таких медленно изменяющихся напряжений или токов необходимы усилители, полоса пропускания которых имеет нижнюю границу f„ = 0. Усилители, обладающие этим свойством, носят название усилителей постоянного тока.
Каждому члену кружка необходимо овладеть основными навыками работы с измерительной аппаратурой: звуковым и высокочастотным генераторами, ламповым вольтметром, осциллографом. Причем следует познакомить ребят только с той аппаратурой, которая имеется в распоряжении кружка. Когда руководитель убедится, что все кружковцы научились обращаться с измерительной аппаратурой, можно приступать к обучению их приемам настройки усилителей в такой последовательности: знакомство с требованиями, предъявляемыми к усилителю; измерительная аппаратура, необходимая для настройки; закрепление навыков работы с измерительной аппаратурой; подготовка к настройке смонтированных усилителей; показ руководителем кружка приемов настройки усилителя с помощью измерительных приборов; практическое овладение навыками настройки усилителя; самостоятельная работа кружковцев с измерительной аппаратурой.
Операция подготовки смонтированных усилителей к настройке включает в себя следующие основные этапы проверки и испытаний: внешний осмотр конструкции и монтажа; проверка правильности монтажа; проверка режимов работы усилительных элементов; снятие частотной и амплитудной характеристик; измерение коэффициента гармоник. Однако программа испытаний усилителя, сконструированного юными любителями электроники в условиях кружка, должна состоять из минимального числа операций, захватывающих наиболее важные функции аппарата.
Для практического закрепления сведений, полученных на теоретических занятиях, руководитель может предложить членам кружка выполнить ряд усилителей, которые в будущем войдут в состав комплексных работ. Например, УНЧ для переговорного устройства, УПТ для фотосчетчика, чувствительный усилитель для емкостного реле, усилитель мощности для воспроизведения различных звуковых эффектов в игровых аппаратах, аттракционах и т. д.
Схемы усилителей опубликованы в следующих статьях:
- «Радио», № 1, 1970. Г. Крылов. Транзисторный усилитель НЧ.
- «Радио», № 2, 1970. В. Иванов. Бестрансформаторный УНЧ.
- «Радио», № 11, 1970. В. Борисов. Транзисторный двухтактный усилитель мощности.
- «Радио», № 1, 1971. И. Козлов. Электромузыкальный зно- нок. Устройство «исполняет» одну или несколько музыкальных мелодий.
- «Радио», № 1, 1972, Двухтактный усилитель мощности. Под рубрикой «Практикум начинающих» дается подробное описание усилителя мощности на электронных лампах.
- «Радио», N° 2, 1972. Г. Крылов. Высококачественный усилитель низкой частоты.
- «Моделист-конструктор», № 10, 1969. «Звук-2». В статье приводится описание переговорного устройства.
- «Моделист-конструктор», № 12, 1969. «ПУ-4» — карманный телефон.
- «Моделист-конструктор», № 8, 1970. Радиус действия — километр. Приводится описание самодельного телефонного аппарата.
- «Моделист-конструктор», № 9, 1970. УНЧ без трансформатора.
- «Моделист-конструктор», № 2, 1971. OTK для транзисторов.
- «Моделист-конструктор», № 12, 1970. Электронные усилители. Материал даегся в форме занятия.