В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с необходимостью усилить наши физические возможности. Например, тяжелый камень, бревно или станок, который невозможно сдвинуть голыми руками, легко поддается с помощью длинной и прочной палки — простейшего механического рычага. Такой рычаг служит усилителем наших мускульных усилий, преобразуя и умножая приложенную силу.
Разнообразие усилителей в технике
Однако усилить действие можно не только механически, но и с помощью других видов энергии. Яркий пример — двери в автобусах, которые открываются благодаря энергии сжатого воздуха (пневматические системы). В современной технике применяется целый спектр усилителей: гидравлические (использующие давление жидкости), электромашинные, механические и многие другие.
Магнитные усилители
Особое место в электротехнике и автоматике занимают магнитные усилители. По своему устройству они схожи с электрическим трансформатором: на сердечнике из тонких стальных пластин расположены две обмотки. Одна из них (рабочая) включена последовательно с нагрузкой (например, электродвигателем) в цепь переменного тока. Вторая обмотка, называемая управляющей, питается постоянным током от датчика. Ключевой принцип работы заключается в том, что даже небольшое изменение постоянного тока в управляющей обмотке резко уменьшает сопротивление рабочей обмотки переменному току. В результате сила тока, проходящего через нагрузку, значительно возрастает. Магнитные усилители ценятся за простоту, надежность и возможность легко управлять мощными электрическими установками.
Электронные усилители: транзисторы и лампы
В электронике для усиления слабых сигналов используются транзисторы и электронные лампы. В транзисторном усилителе входной сигнал (например, от звукоснимателя проигрывателя) подается на базу транзистора. Это изменяет сопротивление между его эмиттером и коллектором, что, в свою очередь, модулирует силу тока в коллекторной цепи. В итоге на нагрузке (например, динамике) возникает сигнал, значительно более мощный, чем исходный.
Аналогичный принцип лежит в основе работы усилителя на электронной лампе. Слабый сигнал, подаваемый на управляющую сетку лампы, регулирует ток, протекающий через нее. Даже малейшие изменения напряжения на сетке приводят к существенным изменениям силы тока и напряжения на нагрузке, включенной в анодную цепь.
Применение и каскадирование
Нагрузкой для таких усилительных элементов могут быть различные устройства: головные телефоны (наушники), динамики, реле и другие исполнительные механизмы, преобразующие усиленный электрический сигнал в звук, движение или иное действие. Для достижения необходимого уровня мощности слабый входной сигнал последовательно усиливается в нескольких каскадах. Соединяя такие каскады, можно усилить первоначально очень слабый сигнал датчика до мощности, достаточной для работы конечного устройства.
Таким образом, электронные усилители, основными активными элементами которых являются транзисторы и электронные лампы, стали неотъемлемой частью бесчисленных устройств. Они лежат в основе систем электрической связи, радиоприемников, телевизоров, измерительных приборов и систем автоматического управления, создавая мощные и точные «копии» слабых входящих сигналов.