устройство, предназначенное для усиления электрических (электромагнитных) колебаний в системах многоканальной связи, радиоприёмной, радиопередающей, измерительной и др. аппаратуре. Такое усиление представляет собой процесс управления источником энергии (источником питания У. э. к.) в результате воздействия на него усиливаемых колебаний через усилительный элемент - чаще всего Транзистор, электронную лампу (См. Электронная лампа), Туннельный диод, параметрический диод, Вариконд или индуктивности катушку (См. Индуктивности катушка) с сердечником из ферромагнитного материала и др. При этом существенно, что управляемая мощность P₀ (источника питания) заметно превышает управляющую P₁ (источника усиливаемых колебаний), называется входной мощностью (рис. 1). Часть P₀, отдаваемая во внешнюю цепь (в нагрузку), именуется выходной мощностью P₂ В отличие от пассивной цепи, т. е. цепи, не содержащей источника энергии, например трансформатора электрического (См. Трансформатор электрический), коэффициент усиления мощности (коэффициент передачи) У. э. к. Kp = P₂/ P₁>1. Наряду с усилением мощности У. э. к. способен усиливать напряжение и ток источника колебаний, что оценивается коэффициентом усиления напряжения K_u = U₂/U₁ и коэффициентом усиления тока K_i = I₂/I₁ (U₁, I₁ и U₂, I₂ - напряжение и ток соответственно на входе и выходе У. э. к.).

В одних приборах (например, лабораторных генераторах электрических колебаний) У. э. к. используется для усиления гармонических колебаний (См. Гармонические колебания), в других (например, Радиоприёмниках) - для усиления сигнала сложной формы, представляющего собой сумму множества гармонических колебаний с разными частотами и амплитудами. В оощем случае У. э. к. служит для повышения уровня сигналов различного вида, которое оценивается прежде всего величиной K_p. Простейший У. э. к. выполняют на 1 усилительном элементе. При необходимости получения K_p, большего, чем такой У. э. к. может обеспечить, применяют более сложный У. э. к., содержащий несколько каскадов усиления (См. Каскад усиления).

Классификация У. э. к. В зависимости от вида применяемых усилительных элементов различают транзисторные и ламповые У. э. к., диодные регенеративные усилители, параметрические усилители (См. Параметрический усилитель), диэлектрические усилители (См. Диэлектрический усилитель), магнитные усилители (См. Магнитный усилитель), усилители на Клистронах и лампах бегущей волны (См. Лампа бегущей волны), квантовые усилители (См. Квантовый усилитель) (см. также Мазер).

В транзисторных У. э. к., собранных на биполярных транзисторах или полевых транзисторах (См. Полевой транзистор), в зависимости от того, какой из выводов усилительного элемента является общим для входа и выхода усилительного каскада, различают каскады с общим эмиттером или истоком (рис. 2, а и б), с общей базой или затвором (рис. 2, б и г) и с общим коллектором или стоком. В У. э. к. на биполярных транзисторах из-за наличия входного тока на управление транзистором приходится затрачивать определённую мощность. Этот недостаток в меньшей мере присущ каскадам с общим эмиттером (обладающим сравнительно большим входным сопротивлением - до нескольких ком), в большей - каскадам с общей базой (десятки ом). Кроме того, первые обеспечивают K_p, на порядок больший, чем вторые (несколько тыс.), что является их основным преимуществом. Каскады с общей базой, однако, более устойчивы в работе, менее критичны к изменениям температуры или смене транзистора, вносят весьма небольшие нелинейные искажения; они используются преимущественно в оконечных ступенях мощных У. э. к. Полевой транзистор по своим основным параметрам (крутизне характеристик, входному сопротивлению, напряжению отсечки и др.) - весьма близкий аналог электронной лампы, используемой в ламповых У э. к. (по способу использования электродов ей аналогичны как полевой, так и биполярный транзисторы: катоду соответствуют исток и эмиттер, сетке - затвор и база, аноду - сток и коллектор). Это позволяет применять результаты исследований ламповых каскадов с общим катодом, сеткой или анодом к соответствующим каскадам на полевых транзисторах.

Всякий У. э. к. характеризуется полосой пропускания (См. Полоса пропускания) частот. Если нижняя граничная частота полосы сколь угодно близка к нулю, имеем Постоянного тока усилитель, если же она отделена от нуля конечным интервалом, - усилитель переменного тока (таков, например, Видеоусилитель). Различают селективные (избирательные) и апериодические (неизбирательные) У. э. к. К селективным относятся усилители колебаний принимаемой (высокой) и промежуточной частот радиоприёмника; первые обычно содержат каскады с колебательными контурами (См. Колебательный контур) (или Резонаторами), настроенными на одну и ту же частоту, вторые - полосовые электрические фильтры (См. Фильтр электрический), позволяющие приблизить форму амплитудно-частотной характеристики (См. Амплитудно-частотная характеристика) У. э. к. к идеальной (прямоугольной). В группу апериодических У. э. к. входят усилители звуковой частоты, видеоусилители, усилители импульсных сигналов и др.

Примеры практического использования У. э. к. Усилитель промежуточной частоты радиоприёмного устройства в одних вариантах содержит несколько каскадов с двухконтурными (рис. 3) или более сложными электрическими фильтрами, в других он может представлять собой апериодический усилитель с высокоселективными системами во входной и выходной цепях.

В мощных радиопередающих устройствах находит применение ламповый усилитель ВЧ. В оконечном каскаде такого У. э. к. (рис. 4) нагрузкой служит передающая антенна, обычно связанная с усилителем посредством Фидера.

В транзисторных усилителях систем многоканальной связи ширина полосы зависит от числа телефонных каналов: при 300 каналах она лежит в пределах 60-1300 кгц, при 1920 - верхняя граница приближается к 9 Мгц, при 10800 - к 60 Мгц. Например, усилитель на 300 каналов (рис. 5) обычно содержит 3 каскада с общим эмиттером, охваченных глубокой смешанной обратной связью (См. Обратная связь) (последовательно-параллельной по входу и выходу), позволяющей получить достаточно высокую выходную мощность и удовлетворить весьма жёстким требованиям, предъявляемым к допустимому уровню нелинейных искажений в системах дальней телефонной связи. При помощи такой обратной связи удаётся также реализовать не зависящие от усилительных свойств каскадов входное и выходное сопротивления и притом таких значений, которые обеспечивают Согласование с подключенными к У. э. к. линиями, например коаксиальными кабелями (См. Коаксиальный кабель).

Транзистор T₄, включенный по схеме с общей базой, соединён последовательно с транзистором T₃, образуя с ним т. н. каскодный усилит. каскад (с широкой полосой пропускания и повышенной линейностью).

Операционный усилитель, применяемый для выполнения определённых математических операций - суммирования, дифференцирования, интегрирования и т.д., - представляет сооой усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления K_U (достигающим 10⁵), обычно в интегральном исполнении (см. Микроэлектроника). В комплексе с внешними элементами, образующими цепь обратной связи, операционный усилитель получил название решающего усилителя (См. Решающий усилитель), он используется в вычислительной технике. В операционном усилителе (рис. 6) имеются неинвертирующий вход (обеспечивающий в процессе усиления совпадение полярностей поданного на него сигнала и сигнала на выходе) и инвертирующий (полярность изменяется на противоположную). Это свойство придаёт усилителю его первый каскад, выполненный по т. н. дифференциальной схеме, реагирующей на разность входных напряжений (в результате сигналы с разной полярностью складываются, а с одинаковой - вычитаются и при столь большом K_U практически не влияют на выходной сигнал). Инвертирующий вход обычно используется и для создания отрицательной или частотно-зависимой обратной связи.

Усилитель звуковой частоты, используемый, например, при звукоусилении (См. Звукоусиление), обычно заканчивается двухтактным каскадом усиления.

Такой каскад содержит 2 усилительных элемента, работающих со сдвигом фаз (См. Сдвиг фаз) усиливаемых колебаний на 180°. Для возбуждения двухтактного каскада, состоящего из однотипных усилительных элементов (например, транзисторов р - п - р -типа), используют фазоинверсный предоконечный каскад (Фазоинвертор) или трансформатор, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней точки (рис. 7); каскад, содержащий разнотипные элементы (т. н. комплементарные структуры, например транзисторы р - n - р- и n - р - n -типов), возбуждается от источника однофазного напряжения, т. е. от обычного однотактного каскада, и в этом случае отпадает необходимость применения трансформатора. По сравнению с однотактным каскадом двухтактный позволяет получать гораздо большую выходную мощность с меньшими нелинейными искажениями. Распространены бестрансформаторные У. э. к. звуковой частоты на транзисторах: одиночных комплементарных (с выходной мощностью до 1 вт) и т. н. составных (с выходной мощностью несколько десятков вт и более). Отсутствие трансформаторов допускает изготовление У. э. к. в виде полупроводниковых и гибридных интегральных микросхем.

Ламповый усилитель большой мощности используется на узлах проводного вещания (См. Проводное вещание) и в радиопередатчиках (в качестве модуляционного устройства). Он обычно содержит 4 двухтактных каскада, охваченных сравнительно глубокой отрицательной обратной связью с целью уменьшения нелинейных искажений, снижения фона на выходе и получения небольшого выходного сопротивления.

Лит.: Лурье Б. Я., Проектирование транзисторных усилителей с глубокой обратной связью, М., 1965; Калихман С. Г., Левин Я. М., Основы теории расчёта радиовещательных приёмников на полупроводниковых приборах, М., 1969: Радиопередающие устройства, М., 1969; Цыкин Г. С., Усилительные устройства, М., 1971; Войшвилло Г. В., Усилительные устройства, М., 1975.

Г. В. Войшвилло.

Рис. 1. Структурная схема усилителя электрических колебаний: 1 - источник сигнала; 2 - усилитель; 3 - нагрузка; 4 - источник питания; е₁ - источник усиливаемых колебаний; R₁, R₂ - эквивалентные сопротивления источника усиливаемых колебаний и нагрузки; I₁, P₁, U₁ - соответственно ток, мощность и напряжение на входе усилителя; I₂, P₂, U₂ - ток, мощность и напряжение на выходе усилителя; P₀ - мощность источника питания.

Рис. 2. Принципиальные схемы усилителей на биполярных и полевых транзисторах: с общим эмиттером (а), общим истоком (б), общей базой (в) и общим затвором (г); Э, К, Б - эмиттер, коллектор и база биполярного транзистора; И, З, С - исток, затвор и сток полевого транзистора; е_r - источник усиливаемых колебаний; R_г, R_н - эквивалентные сопротивления входной цепи и нагрузки; Е_бэ, Е_кэ, Е_зи, Е_си - источники постоянного тока соответственно в цепях база - эмиттер, коллектор - эмиттер, затвор - исток, сток - исток. Название типа усилителя определяется тем, какая область (электрод) транзистора является общей для цепи источника усиливаемого сигнала и цепи нагрузки.

Рис. 3. Схема каскада усилителя электрических колебаний промежуточной частоты с двухконтурной колебательной системой: T₁, Т₂ - транзисторы; R₁-R₆ - резисторы; С_б - блокировочный конденсатор; C₁, C₂, L₁, L₂ - конденсаторы и катушки индуктивности колебательных контуров; C₃ - развязывающий конденсатор; Е - источник постоянного тока в цепи питания транзисторов.

Рис. 4. Схема оконечного усилительного каскада радиопередающего устройства с фильтром нижних частот: Л - электронная лампа (тетрод); А - антенна; L₁, L₂ и C₁-C₃ - катушки индуктивности и конденсаторы, образующие фильтр нижних частот; L₃ - дроссель в цепи питания лампы; C₄ - разделительный конденсатор; E_a и Е_э - источники постоянного тока в анодной цепи и цепи экранирующей сетки.

Рис. 5. Упрощённая схема линейного усилителя связи на 300 каналов: Tp₁, Tp₂ - входной и выходной трансформаторы с сердечниками из магнитодиэлектрика; T₁-T₄ - транзисторы; R₁-R₉ - резисторы; C₁, C₂ - конденсаторы; LCR - корректирующая цепь, служащая для обеспечения устойчивости усилителя; E_к - источник постоянного электрического тока.

Рис. 6. Структурная схема операционного усилителя: 1 - неинвертирующий вход; 2 - инвертирующий вход; 3 - общий провод; 4 - выход.

Рис. 7. Принципиальная схема транзисторного двухтактного каскада: Tp₁, Tp₂ - входной и выходной трансформаторы; T₁, T₂ - транзисторы; R₁, R₂ - резисторы делителя напряжения, необходимые для получения требуемого напряжения смещения на базах; Рэ - резисторы в цепи эмиттеров, предназначенные для симметрирования плеч каскада и дополнительной стабилизации режима работы каскада: E_к - источник постоянного тока.

ступень усиления, радиотехническое устройство, содержащее усилительный элемент, цепь нагрузки, цепи связи с предыдущим или последующим К. у. В качестве усилительного элемента применяют электронные приборы полупроводниковые (транзистор, туннельный диод) и электровакуумные (приёмно-усилительные лампы, клистрон, лампу бегущей волны). Подаваемый на вход К. у. сигнал воспроизводится усиленным на выходе (в цепи нагрузки). Отношение выходного напряжения (силы тока, мощности) к входному называется коэффициентом усиления каскада по напряжению (току, мощности). В зависимости от частоты или ширины спектра сигналов различают К. у. постоянного тока, звуковой частоты, промежуточной частоты, широкополосные и т.д., от способа включения усилительного элемента - К. у. с общей базой, эмиттером, коллектором (у транзистора) и с общей сеткой, катодом, анодом (у приёмно-усилительных ламп). Обычно в усилителях (см. Электрических сигналов усилитель) применяется несколько ступеней усиления, соединённых последовательно. Такое соединение называют каскадным. Отсюда и название отдельной ступени усиления - К. у.

В. М. Родионов.