метод возбуждения и усиления электромагнитных колебаний, в котором усиление мощности происходит за счёт энергии, затрачиваемой на периодическое изменение величины реактивного параметра (индуктивности L или ёмкости С) колебательной системы. На возможность использования параметрических явлений для усиления и генерации электрических колебаний впервые указали Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси, однако практическое применение параметрический метод нашёл лишь в 50-е гг. 20 в., когда были созданы параметрические полупроводниковые диоды (См. Параметрический полупроводниковый диод) с управляемой ёмкостью и разработаны малошумящие параметрические усилители (См. Параметрический усилитель) СВЧ.

Рассмотрим принцип параметрического усиления и генерации на примере простейшей системы - колебательного контура (См. Колебательный контур), состоящего из постоянных сопротивления R, индуктивности L и ёмкости С, которая периодически изменяется во времени (рис. 1). При резонансе (, где ω_с - частота усиливаемого сигнала, ω₀ - собственная частота контура) заряд q на обкладках конденсатора изменяется по закону:

q = q₀sinω_ct = CQE₀sinω_ct. (1)

Здесь E₀ - амплитуда сигнала, - добротность контура. Электростатическая энергия W, запасаемая в конденсаторе, равна:

W = (q²/2C) = (q²₀/4C) (1-cos 2ω_ct). (2)

Из (2) видно, что W изменяется с частотой, равной удвоенной частоте сигнала. Если в момент, когда q = q₀, ёмкость конденсатора С скачком изменить на ΔС (например, раздвинуть пластины конденсатора), то заряд q не успеет измениться, а энергия W изменится на величину (если ΔС/С << 1):

ΔW = -WΔC/C. (3)

Отсюда следует, что результирующее увеличение энергии в контуре при периодическом изменении С максимально, если уменьшать ёмкость в моменты, когда q максимально, а возвращать величину емкости к исходному значению при q = 0. Это означает, что если изменять С с частотой ω_н = 2ω_с и с определённой фазой (рис. 2), то устройство, изменяющее С, как бы "накачивает энергию" в контур дважды за период колебаний. Если, наоборот, увеличивать С в моменты минимальных значений q, то колебания в контуре будут ослабляться. В более общем виде условие эффективной накачки имеет вид: ω_н= 2ω_с/n, где n = 1, 2, 3,... и т.д. При n = 1 С изменяется каждые четверть периода сигнала (Т_с/4), при бо́льших n-через время, равное nT_c/2.

Простейший одноконтурный параметрический усилитель обычно представляет собой колебательную систему, где ёмкость С изменяется в результате воздействия гармонического напряжения от генератора накачки на полупроводниковый параметрический диод, ёмкость которого зависит от величины приложенного к нему напряжения. Конструктивно параметрический усилитель СВЧ представляет собой "волноводный крест" (рис. 3); по одному из волноводов (см. Радиоволновод) распространяется. усиливаемый сигнал, по другому - сигнал накачки. В пересечении волноводов помещается параметрический диод. Коэффициент усиления по мощности приближённо равен:

, (4)

где m = (С_макс - С_мин)/(С_макс + С_мин) называется глубиной изменения ёмкости. При (m/2) Q → 1 коэффициент усиления неограниченно растет, при (m/2) Q ≥ 1 система превращается в параметрический генератор (см. Параметрическое возбуждение колебаний). Основной недостаток одноконтурного параметрического усилителя - зависимость К_ус от соотношения между фазами усиливаемого сигнала и сигнала накачки.

Этого недостатка нет у параметрических усилителей, содержащих два контура и больше (рис. 4). В двухконтурном параметрическом усилителе частота и фаза колебаний во втором ("холостом") контуре автоматически устанавливаются так, чтобы удовлетворить условиям эффективной накачки энергии. Если холостой контур настроен на частоту (ω₂ = ω_н - ω_с, то энергия накачки расходуется на усиление колебаний в обоих контурах. В этом случае K Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний и при усилитель превращается в генератор. Такой усилитель называется регенеративным. Если усиленный сигнал снимается со второго контура регенеративного усилителя, то усилитель является также и преобразователем частоты. При ω₂ = ω_н + ω_с вся энергия накачки и энергия, накопленная в сигнальном контуре, переходят в энергию колебаний суммарной частоты ω_н + ω_с. Такой параметрический усилитель называется нерегенеративным усилителем-преобразователем. Он устойчив при любом m и имеет широкую полосу пропускания, но обладает малым К_ус.

Кроме периодического изменения ёмкости с помощью параметрических диодов, применяются и др. виды параметрического воздействия. Периодическое изменение индуктивности L осуществляют, используя изменение эквивалентной индуктивности у ферритов и сверхпроводников. Периодическое изменение ёмкости С получают, используя зависимость диэлектрической проницаемости диэлектриков от электрического поля, структуры металл - окисел - полупроводник (поверхностные варакторы) и др. методами (см. Криоэлектроника). В электроннолучевых параметрических усилителях используются нелинейные свойства электронного луча, модулированного по плотности.

Наряду с резонаторными параметрическими усилителями применяются параметрические усилители бегущей волны. Электромагнитная волна сигнала, распространяясь по волноводу, последовательно взаимодействует с каждым из расположенных на пути параметрических диодов (или др. нелинейных элементов).

Емкость диодов изменяется за счёт подводимой к резонаторам энергии накачки. При правильно подобранных частотах, длинах волн и направлении распространения волн накачки и сигнала усиление сигнала экспоненциально нарастает по мере его распространения вдоль цепочки диодов (рис. 5). В параметрических усилителях бегущей волны можно получить полосу частот, достигающую 25\% несущей частоты (у резонаторных - несколько \%).

Лит.: Мандельштам Л. И., Полн. собр. трудов, т. 2, М.- Л,, 1947; Эткин В. С., Гершензон Е. М., Параметрические системы СВЧ на полупроводниковых диодах, М., 1964; Регенеративные полупроводниковые параметрические усилители (некоторые вопросы теории и расчета), М., 1965; Каплан А. Е., Кравцов Ю. А., Рылов В. А., Параметрические генераторы и делители частоты, М., 1966; Лопухин В. М., Рошаль А. С., Электроннолучевые параметрические усилители, М., 1968.

В. И. Зубков.

Рис. 1. Контур с периодически меняющейся ёмкостью С. Величина ёмкости равна C₀, когда пластины конденсатора сдвинуты (сплошные линии), и C₁, когда они раздвинуты (пунктир).

Рис. 2. Связь между изменением напряжения на ёмкости и изменением величины ёмкости: а) напряжение усиливаемого сигнала на конденсаторе, когда величина ёмкости не меняется; б) увеличение напряжения сигнала на конденсаторе в процессе параметрического усиления; в) изменение ёмкости в процессе параметрического усиления; Т_с и Т_н - периоды колебаний усиливаемого сигнала и сигнала накачки.

Рис. 3. Одноконтурные параметрические усилители.

Рис. 4. Схема двухконтурного параметрического усилителя.

Рис. 5. Параметрический усилитель бегущей волны.

одно из фундаментальных понятий теории конденсированного состояния вещества, в частности теории твёрдого тела. Теоретическое описание и объяснение свойств конденсированных сред (твёрдых тел и жидкостей), исходящее из свойств составляющих их частиц (атомов, молекул), представляет большие трудности, во-первых, потому, что число частиц огромно (Квазичастицы 10²² частиц в 1 см³), и, во-вторых, потому, что они сильно взаимодействуют между собой. Из-за взаимодействия частиц полная энергия такой системы, определяющая многие её свойства, не является суммой энергий отдельных частиц, как в случае идеального газа. Частицы конденсированной среды подчиняются законам квантовой механики; поэтому свойства совокупности частиц, составляющих твёрдое тело (или жидкость), могут быть поняты лишь на основе квантовых представлений. Развитие квантовой теории конденсированных сред привело к созданию специальных физических понятий, в частности к концепции К. - элементарных возбуждений всей совокупности взаимодействующих частиц. Особенно плодотворные результаты концепция К. дала в теории кристаллов и жидкого гелия (См. Гелий).

Свойства квазичастиц. Оказалось, что энергию E₀ кристалла (или жидкого гелия) можно приближённо считать состоящей из двух частей: энергии основного (невозбуждённого) состояния E₀ (наименьшая энергия, соответствующая состоянию системы при абсолютном нуле температуры) и суммы энергий E_λ элементарных (несводимых к более простым) движений (возбуждений):

E = E₀ +

Индекс λ характеризует тип элементарного возбуждения, n_λ - целые числа, показывающие число элементарных возбуждений типа λ.

Т. о., энергию возбуждённого состояния кристалла (гелия) оказалось возможным записать так же, как и энергию идеального газа, в виде суммы энергий. Однако в случае газа суммируется энергия его частиц (атомов и молекул), а в случае кристалла суммируются энергии элементарных возбуждений всей совокупности атомов (отсюда термин "К."). В случае газа, состоящего из свободных частиц, индекс λ обозначает импульс р частицы, E_λ - её энергию E_λ = p²/2m, m - масса частицы), n_λ - число частиц, обладающих импульсом р. Скорость υ = p/m.

Элементарное возбуждение в кристалле также характеризуют вектором р, свойства которого похожи на импульс, его называют квазиимпульсом. Энергия E_λ элементарного возбуждения зависит от квазиимпульса, но эта зависимость E_λ(p) носит не такой простой характер, как в случае свободной частицы. Скорость распространения элементарного возбуждения также зависит от квазиимпульса и от вида функции E_λ(p). В случае К. индекс λ включает в себя обозначение типа элементарного возбуждения, поскольку в конденсированной среде возможны элементарные возбуждения, разные по своей природе (аналог - газ, содержащий частицы различного сорта).

Введение для элементарных возбуждений термина "К." вызвано не только внешним сходством в описании энергии возбуждённого состояния кристалла (или жидкого гелия) и идеального газа, но и глубокой аналогией между свойствами свободной (квантовомеханической) частицы и элементарным возбуждением совокупности взаимодействующих частиц, основанной на корпускулярно-волновом дуализме (См. Корпускулярно-волновой дуализм). Состояние свободной частицы в квантовой механике описывается монохроматической волной (см. Волны де Бройля), частота которой , а длина волны p (E и ħ - энергия и импульс свободной частицы, ħ - Планка постоянная). В кристалле возбуждение одной из частиц (например, поглощение одним из атомов Фотона), приводящее из-за взаимодействия (связи) атомов к возбуждению соседних частиц, не остаётся локализованным, а передаётся соседям и распространяется в виде волны возбуждений. Этой волне ставится в соответствие К. с квазиимпульсом и энергией E = hω(k) (k - волновой вектор, длина волны λ = 2π/k).

Зависимость частоты от волнового вектора к позволяет установить зависимость энергии К. от квазиимпульса. Эта зависимость E_λ = E (p) называют законом дисперсии, является основной динамической характеристикой К., в частности определяет ее скорость . Знание закона дисперсии К. позволяет исследовать движение К. во внешних полях, К., в отличие от обычной частицы, не характеризуется определённой массой, Однако, подчёркивая сходство К. и частицы, иногда удобно вводить величину, имеющую размерность массы. Её называют эффективной массой m_эф. (как правило, эффективная масса зависит от квазиимпульса и от вида закона дисперсии).

Всё сказанное позволяет рассматривать возбуждённую конденсированную среду как газ К. Сходство между газом частиц и газом К. проявляется также в том, что для описания свойств газа К. могут быть использованы понятия и методы кинетической теории газов, в частности говорят о столкновениях К. (при которых имеют место специфические законы сохранения энергии и квазиимпульса), длине свободного пробега, времени свободного пробега и т.п. Для описания газа К. может быть использовано кинетическое уравнение Больцмана. Одно из важных отличительных свойств газа К. (по сравнению с газом обычных частиц) состоит в том, что К. могут появляться и исчезать, т. е. число их не сохраняется. Число К. зависит от температуры. При Т = 0 К квазичастицы отсутствуют. Для газа К. как квантовой системы можно определить энергетический спектр (совокупность энергетических уровней) и рассматривать его как энергетический спектр кристалла или жидкого гелия. Разнообразие типов К. велико, т.к. их характер зависит от атомной структуры среды и взаимодействия между частицами. В одной и той же среде может существовать несколько типов К.

К., как и обычные частицы, могут иметь собственный механический момент - Спин. В соответствии с его величиной (выражаемой целым или полуцелым числом h) К. можно разделить на Бозоны и Фермионы. Бозоны рождаются и исчезают поодиночке, фермионы рождаются и исчезают парами.

Для К.-фермионов распределение по энергетическим уровням определяется функцией распределения Ферми, для К.-бозонов - функцией распределения Бозе. В энергетическом спектре кристалла (или жидкого гелия), который является совокупностью энергетических спектров всех возможных в них типов К., можно выделить фермиевскую и бозевскую "ветви". В некоторых случаях газ К. может вести себя и как газ, подчиняющийся Больцмана статистике (См. Больцмана статистика) (например, газ электронов проводимости и дырок в невырожденном полупроводнике (См. Полупроводники), см. ниже).

Теоретическое объяснение наблюдаемых макроскопических свойств кристаллов (или жидкого гелия), основанное на концепции К., требует знания закона дисперсии К., а также вероятности столкновений К. друг с другом и с дефектами в кристаллах (См. Дефекты в кристаллах). Получение численных значений этих характеристик возможно только путём применения вычислительной техники. Кроме того, существенное развитие получил полуэмпирический подход: количественные характеристики К. определяются из сравнения теории с экспериментом, а затем служат для расчёта характеристик кристаллов (или жидкого гелия).

Для определения характеристик К. используются рассеяние нейтронов, рассеяние и поглощение света, Ферромагнитный резонанс и Антиферромагнитный резонанс, ферроакустический резонанс, изучаются свойства металлов и полупроводников в сильных магнитных полях, в частности Циклотронный резонанс, Гальваномагнитные явления и т.д.

Концепция К. применима только при сравнительно низких температурах (вблизи основного состояния), когда свойства газа К. близки к свойствам идеального газа (См. Идеальный газ). С ростом числа К. возрастает вероятность их столкновений, уменьшается время свободного пробега К. и, согласно неопределённостей соотношению (См. Неопределённостей соотношение), увеличивается неопределённость энергии К. Само понятие К. теряет смысл. Поэтому ясно, что с помощью К. нельзя описать все движения атомных частиц в конденсированных средах. Например, К. непригодны для описания самодиффузии (случайного блуждания атомов по кристаллу).

Однако и при низких температурах с помощью К. нельзя описать все возможные движения в конденсированной среде. Хотя, как правило, в элементарном возбуждении принимают участие все атомы тела, оно микроскопично: энергия и импульс каждой К. - атомного масштаба, каждая К. движется независимо от других. Атомы и электроны в конденсированной среде могут принимать участие в движении совершенно др. природы - макроскопическом по своей сути (гидродинамическом) и в то же время не теряющем своих квантовых свойств. Примеры таких движении: сверхтекучее движение в гелии-II (см. Сверхтекучесть) и электрический ток в сверхпроводниках (см. Сверхпроводимость). Их отличительная черта - строгая согласованность (когерентность) движения отдельных частиц.

Представление о К. получило применение не только в теории твёрдого тела и жидкого гелия, но и в др. областях физики: в теории атомного ядра (см. Ядерные модели), в теории плазмы (См. Плазма), в астрофизике и т.п.

Фононы. В кристалле атомы совершают малые колебания, которые в виде волн распространяются по кристаллу (см. Колебания кристаллической решётки). При низких температурах Т главную роль играют длинноволновые акустические колебания - обычные звуковые волны: они обладают наименьшей энергией. К., соответствующие волнам колебаний атомов, называют Фононами. Фононы - Бозоны; их число при низких температурах растет пропорционально T³. Это обстоятельство, связанное с линейной зависимостью энергии фонона ЕФ от его квазиимпульса р при достаточно малых квазиимпульсах ЕФ = sp, где s - скорость звука), объясняет тот факт, что Теплоёмкость кристаллов (неметаллических) при низких температурах пропорциональна T³.

Фононы в сверхтекучем гелии. Основное состояние гелия напоминает предельно вырожденный Бозе-газ. Как во всякой жидкости, в гелии могут распространяться звуковые волны (волны колебаний плотности). Звуковые волны - единственный тип микроскопического движения возможного в гелии вблизи основного состояния. Так как в звуковой волне частота ω пропорциональна волновому вектору k: ω = sk (s- скорость звука), то соответствующие К. (фононы) имеют закон дисперсии E = sp. По мере увеличения импульса кривая E = E (p) отклоняется от линейного закона. Фононы гелия также подчиняются статистике Бозе. Представление об энергетическом спектре гелия как о фононном спектре не только описывает его термодинамические свойства (например, зависимость теплоёмкости гелия от температуры), но и объясняет явление сверхтекучести.

Магноны. В ферро- и антиферромагнетиках при Т = 0 К спины атомов строго упорядочены. Состояние возбуждения магнитной системы связано с отклонением спина от "правильного" положения. Это отклонение не локализуется на определенном атоме, а переносится от атома к атому. Элементарное возбуждение магнитной системы представляет собой волну поворотов спина (спиновая волна), а соответствующая ей К. называют магноном. Магноны - бозоны. Энергия магнона квадратично зависит от квазиимпульса (в случае малых квазиимпульсов). Это находит отражение в тепловых и магнитных свойствах ферро- и Антиферромагнетиков (например, при низких температурах отклонение магнитногомомента ферромагнетика (См. Ферромагнетики) от насыщения Квазичастицы Т³/₂). Высокочастотные свойства ферро- и антиферромагнетиков описываются в терминах "рождения" магнонов.

Экситон Френкеля представляет собой элементарное возбуждение электронной системы отдельного атома или молекулы, которое распространяется по кристаллу в виде волны. Экситон, как правило, имеет весьма значительную (по атомным масштабам) энергию Квазичастицы нескольких эв. Поэтому вклад экситонов в тепловые свойства твёрдых тел мал. Экситоны проявляют себя в оптических свойствах кристаллов. Обычно среднее число экситонов очень мало. Поэтому их можно описывать классической статистикой Больцмана.

Электроны проводимости и дырки. В твёрдых диэлектриках (См. Диэлектрики) и полупроводниках (См. Полупроводники) наряду с экситонами существуют элементарные возбуждения, обусловленные процессами, аналогичными ионизации атома. В результате такой "ионизации" возникают две независимо распространяющиеся К.: Электрон проводимости и Дырка (недостаток электрона в атоме). Дырка ведёт себя как положительно заряженная частица, хотя её движение представляет собой волну электронной перезарядки, а не движение положительного иона. Электроны проводимости и дырки - фермионы. Они являются носителями электрического тока в твёрдом теле. Полупроводники, у которых энергия "ионизации" мала, всегда содержат заметное количество электронов проводимости и дырок. Проводимость полупроводников падает с понижением температуры, т.к. число электронов и дырок при этом уменьшается.

Электрон и дырка, притягиваясь друг к другу, могут образовать экситон Мотта (квазиатом), который проявляет себя в оптических спектрах кристаллов водородоподобными линиями поглощения (см. Экситон).

Поляроны. Взаимодействие электрона с колебаниями решётки приводит к её поляризации вблизи электрона. Иногда взаимодействие электрона с кристаллической решёткой настолько сильно, что движение электрона по кристаллу сопровождается волной поляризации. Соответствующая К. называется Поляроном.

Электроны проводимости металла, взаимодействующие друг с другом и с полем ионов кристаллической решётки, эквивалентны газу К. со сложным законом дисперсии. Заряд каждой К. равен заряду свободного электрона, а спин равен ¹/₂. Их динамические свойства, обусловленные законом дисперсии, существенно отличаются от свойств обычных свободных электронов. Электроны проводимости - фермионы. В пространстве квазиимпульсов при Т = 0 К они заполняют область, ограниченную Ферми поверхностью. Возбуждение электронов проводимости означает появление пары: электрона "над" поверхностью Ферми и свободного места (дырки) "под" поверхностью. Электронный газ сильно вырожден не только при низких, но и при комнатных температурах (см. Вырожденный газ). Это обстоятельство определяет температурную зависимость большинства характеристик металла (в частности, линейную зависимость теплоёмкости от температуры при Т → 0).

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Статистическая физика, 2 изд., М., 1964; Займан Дж., Принципы теории твёрдого тела, пер. с англ., М., 1966; Лифшиц И. М., Квазичастицы в современной физике, в сборнике: В глубь атома, М., 1964; Рейф Ф., Сверхтекучесть и "Квазичастицы", в сборнике: Квантовая макрофизика, пер. с англ., М., 1967.

М. И. Каганов.

увеличение интенсивности электрических колебаний при сохранении их формы (частотного спектра, фазовых соотношений). У. э. к. осуществляется обычно за счёт энергии источников постоянного напряжения при помощи различных электронных приборов (вакуумных, газоразрядных, твердотельных) либо за счёт энергии др. электрических колебаний.

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.