Кратка история на усилвателите

В края на ХІХ век, с изобретяването на телеграфа и радиото, се появила нуждата от устройства, способни да увеличават мощността на електрическите сигнали.

В началото на ХХ век бил изобретен начин акустическият сигнал да се превърне в електрически, който метод се основава на свойството на въгленовия прах да променя електрическото си съпротивление под въздействието на вибрации. След внедряването на основания на този принцип телефон обаче, станало ясно, че за предаване на информация на големи разстояния на електрическите сигнали е нужна по-голяма мощност.

Още през 1906 г. Лий де Форест (един от основателите на Силициевата долина-б.а.) експериментирал с вакуумен диод и междинен електрод и намерил начин да управлява тока, протичащ в електронната лампа. Първият известен усилвател вероятно е Аudion, произведен от Western Electric през 1912 г. Този усилвател позволявал да се направи чуваем звукът от крачките на мухата по лист хартия, така че именно в електроакустиката трябва да се търси основата на успеха на ламповата електроника от първата половина на ХХ век. Ламповите усилватели получили голямо развитие в началото на ХХ век. Благодарение на тях на сцената дошли електрическите китари и се появили много нови музикални стилове.

Причина за така обичания от аудиофилите "чист" звук на ламповите усилватели е неговата гениална простота, независимо че цената на един качествен лампов усилвател може да достигне стотици хиляди долари. Без значение от това обаче, тези усилватели заемат почетно място в мощните Hi-Fi уредби на студиата и аудиофилите. Транзисторните усилватели се използват по-широко поради по-малките габарити, маса и по-голяма изходна мощност.

В края на 1947 г. изследователите Джон Бардийн (John Bardeen), Уолтър Браттейн (Walter Brattain) и Уилям Шокли (William Shockley) създават твърдотелен преобразувател на съпротивлението – прибор, известен сега като транзистор. Той представлявал златно фолио върху триъгълна плочка, допряно с върха си до германиев кристал – транзистор с точков контакт (point-contact transistor).

Първите транзистори били крайно несъвършени – имали високи нива на шум, значително разминаване в параметрите и ниска надеждност. Както писал Джек Мортън в статия за сп. "Форчън" (Fortune) през 1953 г., "В първите години работата на един транзистор можеше да се повлияе, ако някой хлопне по-силно вратата".

За разлика от лампите, които след това забавили развитието си, транзисторите бързо се усъвършенствали. През 1954 г. в Bell Labs Морис Таненбаум създал първия силициев транзистор, а след около година успял да усъвършенства технология за почистване на силиция от примеси. Това дало възможност от следващата 1955 г. да се произвежда транзистор с дебелина 1 микрон, който да работи на честота 100 MHz в FM диапазона. Такава висока честота – около 10 пъти по-висока от предишните модели – позволявала той да бъде използван за електронна комутация.

Съвременните ПП-елементи също са на сицилиева основа и в повечето случаи имат характеристики, които отстъпват на ламповите триоди незначително. А по параметри като габарити, маса и жизнен цикъл дори ги превъзхождат.

Първият транзистор на Бардийн-Браттейн

Елементната база на полупроводниковите усилватели претърпя съществени промени. След германиевите транзистори се появиха силициевите. Като допълнение към p-n-p транзисторите се създадоха n-p-n, а към биполярните транзистори – полевите. Това развитие на елементната база обаче не измени принципа на действие: параметрите на полупроводниковите прибори съществено зависят от температурата на кристала и тока, протичащ през прехода. При понижаване на температурата усилвателните качества на транзистора намаляват. Най-ниската температура, при която могат да работят транзисторите, е -60°С.

Първият триод на Лий де Форест

Коефициентът на предаване на тока при биполярния транзистор може да се изменя в работния диапазон от токове. Съществено се променя и стръмността на преходната характеристика на полевите транзистори в работния диапазон от режими. Изработени са множество схемотехнически решения, които позволяват да се намали влиянието на тези промени на цялостните параметри на усилвателя, и точно в това се състоят основните разлики между моделите.

За около половин век се натрупа опит в производството на безтрансформаторни транзисторни двутактови усилватели от клас АВ. След това на смяна дойдоха импулсните устройства, които по много показатели превъзхождат линейните.

В момента се произвежда голямо разнообразие от усилватели, което може да се раздели на няколко групи.

Усилвател, работещ в ключов режим

Още по темата

19/11/2015

Медицина

За пръв път са изградени човешки гласни струни по изкуствен път

24/10/2015

Технологии

Електронната длан и ламповото ухо

01/09/2015

Технологии

Микрочипът - схемата, която промени света

22/07/2015

Човекът

Музиката ни прави по-умни